Как доказать, что оксид и гидроксид цинка амфотерны?
Чтобы доказать амфотерность оксида и гидроксида цинка, нужно показать, что они могут реагировать как с кислотами, так и с основаниями.
Оксид цинка (ZnO) реагирует с кислотой, образуя соль и воду: ZnO + 2HCl → ZnCl2 + H2O.
Оксид цинка также реагирует с основанием, образуя комплексные соединения, такие как цинкат: ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4].
Гидроксид цинка (Zn(OH)2) может реагировать с кислотой, образуя соль и воду: Zn(OH)2 + 2HCl → ZnCl2 + 2H2O.
Гидроксид цинка может реагировать с щелочами, образуя цинкаты: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4].
Сравните свойства соединений цинка и алюминия, цинка и кальция.
Цинк и алюминий: Оксиды и гидроксиды этих двух металлов амфотерны. Однако алюминий, будучи более активным металлом, легко реагирует с кислотами и щелочами. Цинк, хотя и амфотерен, менее активен и реагирует с щелочами при нагревании, образуя цинкаты.
Цинк и кальций: Кальций является более активным металлом, чем цинк. Его оксид и гидроксид сильно основны, в отличие от амфотерных свойств оксида и гидроксида цинка. Кальций реагирует с водой, образуя гидроксид кальция (Ca(OH)2) и выделяя водород, в то время как цинк не реагирует с водой при обычных условиях.
Расскажите о применении цинка.
Цинк используется в различных отраслях:
Оцинковка: покрытие стали для предотвращения коррозии.
Аккумуляторы: цинк используется в производстве элементов питания (например, в батарейках).
Медицина: цинк является важным микроэлементом, необходимым для правильного функционирования организма.
Легирование: добавление цинка в сплавы (например, латунь).
Продукты защиты от коррозии: покрытия, такие как цинковые лакокрасочные материалы, применяются для защиты от ржавчины.
Раствор хлорида цинка, так называемую травленую кислоту, используют для травления металлов. Чем объясняются его кислотные свойства? Напишите уравнение реакции.
Хлорид цинка имеет кислотные свойства, потому что он может гидролизоваться в воде, образуя кислый раствор. Это объясняется тем, что ион Zn2+ в растворе может взаимодействовать с водой, образуя водородные ионы (H+), что приводит к понижению pH.
Реакция гидролиза: ZnCl2 + H2O → Zn(OH)Cl + HCl.
Почему оцинкованное ведро не ржавеет?
Оцинкованное ведро не ржавеет, потому что цинк создает защитный слой, который предотвращает контакт железа с кислородом и влагой. Этот слой цинка защищает металл от коррозии. Даже если слой цинка поврежден, цинк служит "жертвенным" металл, защищая железо, поскольку он ржавеет первым, не позволяя ржаветь железу.
Гидроксид цинка растворили в избытке щёлочи. При пропускании через полученный раствор углекислого газа образовался осадок основного карбоната цинка Zn(2(OH)2CO3. Напишите уравнения реакций.
Сначала гидроксид цинка растворяется в щелочи, образуя комплекс: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4].
При пропускании углекислого газа в этот раствор образуется осадок основного карбоната цинка: Na2[Zn(OH)4] + CO2 → Zn(2(OH)2CO3)↓ + Na2CO3 + H2O.
Предложите способ получения цинка из карбоната цинка.
Для получения цинка из карбоната цинка (ZnCO3) применяют термическое разложение (кальцинацию). При нагревании карбонат цинка разлагается на оксид цинка (ZnO) и углекислый газ (CO2).
Реакция разложения: ZnCO3 → ZnO + CO2↑.
Далее оксид цинка восстанавливается водородом (или углеродом) до чистого цинка: ZnO + C → Zn + CO.
Объясните, почему особо чистый цинк взаимодействует с кислотами гораздо медленнее, чем металл технической чистоты, содержащий примесь свинца и других металлов.
Чистый цинк имеет очень гладкую поверхность, что затрудняет его реакцию с кислотами, поскольку на этой поверхности образуется защитная пленка, которая предотвращает дальнейшее взаимодействие металла с кислотой. В то время как металл технической чистоты, содержащий примеси свинца и других металлов, может иметь шероховатую поверхность, что способствует более быстрому началу реакции. Примеси могут нарушать защитный слой и увеличивать активность цинка, что ускоряет реакцию с кислотами.
Цинк, будучи переходным элементом, легко образует комплексные соединения с аммиаком — аммиакаты, например [Zn(NH3)4]Cl2. Назовите эту соль. Предложите способ очистки гидроксида алюминия от примеси гидроксида цинка.
Аммиакат цинка — [Zn(NH3)4]Cl2:
Соль, образующаяся при реакции цинка с аммиаком, называется тетрамминцинка(II)хлорид или аммиакат цинка(II). Этот комплекс является координационным соединением, в котором цинк находится в состоянии окисления +2, связан с аммиаком (NH3) в составе четырёх аммиачных лигандов, и хлоридный ион (Cl-) уравновешивает заряд комплекса.
Гидроксид алюминия (Al(OH)3) и гидроксид цинка (Zn(OH)2) имеют разные химические свойства, что позволяет их разделить. Гидроксид цинка амфотерен и может растворяться в щелочах, образуя цинкаты, в то время как гидроксид алюминия может растворяться в щелочах, но в этом случае образуется комплексное соединение с водными ионами (например, [Al(OH)4]-). Для очистки гидроксида алюминия от примеси гидроксида цинка можно использовать щелочь (например, натрий гидроксид). В результате гидроксид цинка растворится, образуя раствор цинка в виде цинка натриевого гидроксида, а гидроксид алюминия останется в осадке.
Реакция с щелочью: Zn(OH)2 + 2NaOH → Na2[Zn(OH)4] (растворимый цинкат).
Для разделения можно отфильтровать раствор, после чего получить чистый гидроксид алюминия путём осаждения или нейтрализации.
Как осуществить следующие превращения:
Zn - ZnCl2 - Zn(OH)2 - Zn(NO3)2
a) Цинк (Zn) в хлорид цинка (ZnCl2):
При взаимодействии цинка с хлороводородной кислотой (HCl) образуется хлорид цинка:
Молекулярное уравнение: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2↑.
Ионное уравнение: Zn + 2H+ → Zn2+ + H2↑.
b) Хлорид цинка (ZnCl2) в гидроксид цинка (Zn(OH)2):
При добавлении щелочи (например, NaOH) к раствору хлорида цинка образуется гидроксид цинка:
Молекулярное уравнение: ZnCl2 + 2NaOH → Zn(OH)2 + 2NaCl.
Ионное уравнение: Zn2+ + 2OH- → Zn(OH)2↓.
c) Гидроксид цинка (Zn(OH)2) в нитрат цинка (Zn(NO3)2):
При взаимодействии гидроксида цинка с азотной кислотой (HNO3) образуется нитрат цинка:
Молекулярное уравнение: Zn(OH)2 + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + 2H2O.
Ионное уравнение: Zn(OH)2 + 2H+ → Zn2+ + 2H2O.
Напишите уравнения реакций в ионной и молекулярной форме. В раствор азотной кислоты внесли кусочек цинка. После полного растворения металла к полученному раствору добавили щёлочь и раствор нагрели до полного прекращения выделения газа. Выделившийся газ может полностью восстановить 28,8 г оксида меди(II). Рассчитайте массу цинка.
Из условия задачи известно, что газ, выделившийся в ходе реакции с азотной кислотой, может полностью восстановить 28,8 г оксида меди(II) (CuO). Этот газ — водород (H2), который восстанавливает CuO.
Реакция восстановления оксида меди водородом: CuO + H2 → Cu + H2O.
Молекулярная масса оксида меди (CuO) = 63,5 (Cu) + 16 (O) = 79,5 г/моль.
Молекулярная масса водорода (H2) = 2 г/моль.
Сначала вычислим, сколько молей водорода требуется для восстановления 28,8 г CuO:
Моли CuO = масса / молекулярная масса = 28,8 г / 79,5 г/моль = 0,362 моль.
Для восстановления 1 моль CuO требуется 1 моль H2, значит, для 0,362 моль CuO нужно 0,362 моль H2.
Молекулярная масса водорода (H2) = 2 г/моль, следовательно, масса водорода, необходимая для восстановления 0,362 моль CuO: Масса водорода = 0,362 моль × 2 г/моль = 0,724 г.
Теперь определим, сколько цинка (Zn) реагирует с азотной кислотой и выделяет водород. Реакция между цинком и азотной кислотой имеет вид:
Zn + 2HNO3 → Zn(NO3)2 + H2↑.
Из уравнения видно, что 1 моль цинка выделяет 1 моль водорода. Так как для восстановления CuO потребовалось 0,362 моль водорода, то и цинка нужно тоже 0,362 моль.
Молекулярная масса цинка = 65,38 г/моль.
Масса цинка = 0,362 моль × 65,38 г/моль = 23,7 г.
Ответ: масса цинка равна 23,7 г.