Цинк с серной кислотой при нагревании

Цинк с серной кислотой при нагревании

Как металл взаимодействует с сильным окислителем

Общая характеристика элемента

Цинк располагается во второй группе, побочной подгруппе периодической системы Менделеева и является переходным металлом. Порядковый номер элемента — 30, масса — 65,37. Электронная конфигурация внешнего слоя атома — 4s2. Единственная и постоянная степень окисления равна «+2». Для переходных металлов характерно образование комплексных соединений, в которых они выступают в качестве комплексообразователя с разными координационными числами. Это относится и к цинку. Существует 5 устойчивых в природе изотопов с массовыми числами от 64 до 70. При этом изотоп 65Zn является радиоактивным, период его полураспада составляет 244 дня.

Цинк — это серебристо-голубой металл, который на воздухе быстро покрывается защитной оксидной пленкой, скрывающей его блеск. При удалении оксидной пленки цинк проявляет свойства металлов — сияние и характерный яркий блеск. В природе цинк содержится в составе многих минералов и руд. Самые распространенные: клейофан, цинковая обманка (сфалерит), вюрцит, марматит, каламин, смитсонит, виллемит, цинкит, франклинит.

В составе смешанных руд цинк встречается со своими постоянными спутниками: таллием, германием, индием, галлием, кадмием. В земной коре содержится 0,0076% цинка, а 0,07 мг/л этого металла содержится в морской воде в виде солей. Формула цинка как простого вещества — Zn, химическая связь — металлическая. У цинка гексагональная плотная кристаллическая решетка.

Физические и химические свойства цинка

Температура плавления цинка — 420 °С. При нормальных условиях это хрупкий металл. При нагревании до 100-150 °С ковкость и пластичность цинка повышается, возможно изготовление из металла проволоки и прокатка фольги. Температура кипения цинка — 906 °С. Этот металл — отличный проводник. Начиная от 200 °С, цинк легко растирается в серый порошок и теряет пластичность. У металла хорошая теплопроводность и теплоемкость. Описанные физические параметры позволяют использовать цинк в соединениях с другими элементами. Латунь — наиболее известный сплав цинка.

При обычных условиях поверхность цинка мгновенно покрывается оксидом в виде серо-белого тусклого налета. Он образуется из-за того, что кислород воздуха окисляет чистое вещество. Цинк как простое вещество реагирует с халькогенами, галогенами, кислородом, фосфором, щелочами, кислотами, аммонием (его солями), аммиаком. Цинк не взаимодействует с азотом, водородом, бором, углеродом и кремнием. Химически чистый цинк не реагирует с растворами кислот и щелочей. Цинк — металл амфотерный, и при реакциях со щелочами образует комплексные соединения — гидроксоцинкаты. Нажмите здесь, чтобы узнать, какие опыты на изучение свойств цинка можно провести дома.

Реакция серной кислоты с цинком и получение водорода

Взаимодействие разбавленной серной кислоты с цинком — основной лабораторный способ получения водорода. Для этого используется чистый зерненый (гранулированный) цинк либо технический цинк в виде обрезков и стружек.

Читайте также:  Которая подробнее описывает данную функцию

Если взяты очень чистые цинк и серная кислота, то водород выделяется медленно, особенно в начале реакции. Поэтому к остывшему после разбавления раствору иногда добавляют немного раствора медного купороса. Осевшая на поверхности цинка металлическая медь ускоряет реакцию. Оптимальный способ разбавить кислоту для получения водорода — разбавить водой концентрированную серную кислоту плотностью 1,19 в соотношении 1:1.

Реакция концентрированной серной кислоты с цинком

В концентрированной серной кислоте окислителем является не катион водорода, а более сильный окислитель — сульфат-ион. Он не проявляет себя как окислитель в разбавленной серной кислоте из-за сильной гидратации, и, как следствие, малоподвижности.

То, как концентрированная серная кислота будет реагировать с цинком, зависит от температуры и концентрации. Уравнения реакций:

Zn + 2H₂­SO₄ = Zn­SO₄ + SO₂ + 2H₂O

3Zn + 4H₂­SO₄ = 3Zn­SO₄ + S + 4H₂O

4Zn + 5H₂­SO₄ = 4Zn­SO₄ + H₂S + 4H₂O

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем благодаря степени окисления серы (S⁺⁶). Она взаимодействует даже с малоактивными металлами, то есть с металлами до и после водорода, и, в отличие от разбавленной кислоты, никогда не выделяет водород при этих реакциях. В реакциях концентрированной серной кислоты с металлами всегда образуются три продукта: соль, вода и продукт восстановления серы. Концентрированная серная кислота — это такой сильный окислитель, что окисляет даже некоторые неметаллы (уголь, серу, фосфор).

Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства.

    Взаимодействие с неметаллами

При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:

При поджигании энергично реагирует с серой:

С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:

При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:

С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.

Взаимодействие с водой

Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:

Взаимодействие с кислотами

В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:

Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония:

Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:

Взаимодействие со щелочами

Реагирует с растворами щелочей с образованием гидроксокомплексов:

при сплавлении образует цинкаты:

Взаимодействие с аммиаком

С газообразным аммиаком при 550–600°С образует нитрид цинка:

растворяется в водном растворе аммиака, образуя гидроксид тетраамминцинка:

Взаимодействие с оксидами и солями

Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:

ЦЕЛЬ УРОКА: Обобщить знания о металле цинк. Закрепить и углубить знания о периодической системе. Подтвердить общие и особенные свойства цинка и его соединения. Продолжить формирование логического мышления: умение сравнивать, делать выводы. Показать причинно- следственную зависимость между составом, строением, свойствами и применением .

Читайте также:  Лидеры продаж смартфонов 2018 в мире

1.Строение атома:

Zn – элемент 2 группы, побочной подгруппы, 4 периода .

Его электронная формула следующая:

1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 4 s 2

В атоме цинка предпоследний d -подуровень полностью завершен и энергетически устойчив, поэтому цинк в химических реакциях может отдавать только 2 s — электрона с последнего уровня, проявляя степень окисления +2.

По содержанию в земной коре цинк занимает 23-место среди других элементов (0,01%).

Обычно цинковые руды – полиметаллические. Они содержат минералы меди, свинца, кадмия и др.

Важнейший минерал цинка – цинковая обманка ZnS – входит в состав многих сульфидных руд.

ZnCO 3 (галмей)-цинковый шпат

Основные месторождения полиметаллических цинковых руд расположены в Жезказганской области, на Рудном Алтае и в Южном Казахстане.

Металлургические заводы выпускающие цинк Риддер,Шымкент Усть-Каменогорск.

Цинк добывали еще в древности. Для получения металлического цинка из руд используются пирометаллургические и гидрометаллургические процессы.

Температура процесса – не ниже 1000 0 C , и цинк получается в парообразном состоянии. Восстановление проводят в герметичных огнеупорных ретортах. Образовавшиеся пары цинка осаждаются в конденсаторах, из которых периодически выпускается жидкий цинк.

При использовании гидрометаллургического метода огарок, получаемый после обжига, обрабатывают серной кислотой:

Конечный продукт очищается от примесей ( Fe , Cu , Cd ), и цинк выделяется электролизом , причем H 2 SO 4 регенерируется:

2 ZnSO 4 + 2 H 2 O = 2 Zn + 2 H 2 SO 4 + O 2

4. Физические свойства.

ü Является амфотерным металлом.

ü Цвет – синевато-белый, имеет сильный металлический блеск.

ü Плотность – 7,13 г / см3

ü Довольно пластичен, но при обычной температуре является хрупким.

ü Теплопроводность – составляет 60% от теплопроводности серебра, а электрическая проводимость в 4 раза меньше.

5. Химические свойства.

Цинк на воздухе устойчив, так как покрывается тонким слоем оксида, предохраняющим его от дальнейшего окисления. При повышенной температуре цинк- основание- становится активным и реагирует с простыми веществами – галогенами, кислородом и серой как с сильными кислотами по теории Усановича.

Взаимодействие цинка с простыми веществами:

С азотом и водородом цинк не взаимодействует, нитрид цинка Zn 3 N 2 и гидрид цинка ZnH 2 получаются косвенным путем.

Взаимодействие цинка со сложными веществами:

Со сложными веществами – растворами кислот, щелочей и водой – в зависимости от условий цинк реагирует по-разному. Вода при обычной температуре на цинк практически не действует. При нагревании реакция цинка с водой протекает по уравнению:

В электрохимическом ряду напряжений цинк стоит значительно левее водорода и вытесняет водород из кислот.

6. Соединения цинка.

Zn О встречается в природе в виде красной цинковой руды (цинкит), цвет которой обусловлен примесью марганца. Чистый оксид цинка при обычной температуре бесцветен. В воде практически нерастворим. Оксид цинка легко растворяется как в кислотах, так и в избытке щелочей и в гидроксиде аммония, т.е. проявляет амфотерные свойства.

Читайте также:  Как включить отладку по usb через компьютер

ZnO применяется для изготовления белой краски, в медицине и в косметике – для приготовления различных мазей, в качестве наполнителя – для резины и линолеума.

Гидроксид цинка. Zn ( OH )2 образуется в виде белого студенистого осадка при действии щелочей на растворы солей цинка. Как амфотерное соединение гидроксид цинка легко растворим в избытке щелочи, а также в кислотах и в водном растворе аммиака.

Соли цинка при добавлении щелочи образуют студенистый осадок гидроксида цинка:

Zn 2+ + 2 OH — = Zn ( OH )2

Сульфат цинка. Из раствора выделяется в виде кристаллогидрата ZnSO 4 *7 H 2 O и называется цинковым купоросом. Он применяется при изготовлении тканей, нанесении цинковых покрытий, в медицине и для получения других соединений цинка.

Сульфид цинка. ZnS обладает способностью люминесцировать – испускать холодное свечение под действием электронов. Это свойство сульфида цинка применяется в люминесцентных лампах, для изготовления экранов телевизоров и других электронных приборов.

7. Распознавание соединений цинка.

Соли цинка при добавлении щелочи образуют студенистый осадок гидроксида цинка:

Zn 2+ + 2 OH — = Zn ( OH )2

8. Биологическая роль цинка.

Большая его часть находится в коже, печени, почках, в сетчатке глаза.

Цинк входит в состав ферментов, обеспечивающих важнейшие физиологические функции организма:

— образование, рост и метаболизм клеток, синтез белков, заживление ран;

— активизацию иммунных реакций, направленных против бактерий, вирусов, опухолевых клеток;

— усвоение углеводов и жиров;

— поддержание и улучшение памяти;

— поддержание вкусовой и обонятельной чувствительности;

— обеспечение стабильности сетчатки и прозрачности хрусталика глаза;

— нормальное развитие и функционирование половых органов.

Человек получает цинк главным образом с пищей. Организму необходимо 10-20 мг этого минерала в день.

Так как на цинк при обычных условиях не действуют ни кислород воздуха, ни вода, то основная масса расходуется на защитные покрытия железных листов и стальных изделий. Преимуществом цинкового антикоррозионного покрытия является то, что ему необязательно быть сплошным. При попадание влаги на место разрушения покрытия образуется гальваническая пара, а поскольку цинк в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит левее железа, то коррозии подвергается цинковое покрытие, оставляя железо нетронутым. Пока на поверхности остается хоть часть цинка, железо не разрушается.

В больших количествах цинк расходуется на изготовление гальванических элементов. Также его используют для получения его сплавов, находящих широкое применение в современной технике.

Ссылка на основную публикацию
Фотографии купе в поезде
Интересный фотоотчет о поездке на одном из первых рейсов двухэтажных поездов. Смотрим далее, как все устроено внутри таких двухэтажных вагонов...
Уравнение окружности в полярных координатах
Определение: замкнутая плоская кривая, все точки которой одинаково удалены от данной точки (центра О), лежащей в той же плоскости, что...
Уравнение пучка прямых проходящих через точку
Совокупность прямых, проходящих через некоторую точку, называется пучком прямых с центром в этой точке. Если и - уравнения двух пересекающихся...
Фотография с самым большим разрешением в мире
Представляем вашему вниманию нашу подборку самых больших фотографий в мире. Для их просмотра вам будет необходим FlashPlayer. Его можно скачать...
Adblock detector