Федеральное агентство по образованию Р.Ф.
Владимирский государственный Университет.
Кафедра Химии.
Лабораторная работа №25.
ЦИНК.КАДМИЙ.
Выполнил:
Ст.гр Хб-109.
Леденёв С.А.
Проверил:
Проф.Орлин Н.А.
Владимир 2010.
Теоретическая часть.
В виде простых веществ цинк, кадмий и ртуть – серебристые металлы. По химической активности цинк и его аналоги уступают щелочно-земельным металлам. Цинк – химически активный металл, легко растворяется в кислотах и при нагревании в щелочах:
Zn + 2OH3+ + 2H2O = H2 + [Zn(OH2)4]2+
Zn + 2H2O + 2OH- = H2 + [Zn(OH2)4]2-
Кадмий в щелочах практически не растворяется, а в кислотах – менее энергично, чем цинк; ртуть же растворяется только в кислотах, являющихся достаточно сильными окислителями за счет своих анионов. При этом могут получиться производные как Hg(II), так и Hg(I). При действии на Hg концентрированной азотной кислоты получается Hg(NO3)2:
Hg + 4HNO3 = Hg(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O
При действии на избыток ртути разбавленной азотной кислоты получается Hg2(NO3)2:
6Hg + 8HNO3 = 3Hg2(NO3)2 + 2NO + 4H2O
Цинк и кадмий по отношению к HNO3 и концентрированной H2SO4 ведут себя значительно активнее. Цинк, например, очень разбавленную азотную кислоту восстанавливает до иона аммония:
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
При нагревании цинк и его аналоги весьма энергично взаимодействуют с активными неметаллами. Ртуть взаимодействует с иодом и серой при обычных условиях.
Соединения Zn(II), Cd(II), Hg(II).
В подгруппе цинка с увеличением атомного номера устойчивость однотипных бинарных соединений уменьшается. Особо заметно устойчивость соединений падает при переходе от кадмия к ртути. Гидроксид ртути (II) не известен:
Hg(NO3)2 + 2KOH = HgO + 2KNO3 + H2O
При растворении соединений Э(II) в воде, а также при взаимодействии ЭО или Э(ОН)2 с кислотами образуются устойчивые аквакомплексы типа [Э(ОН2)4]2+ и [Э(ОН2)6]2+. Из других катионных комплексов наиболее устойчивы аминокомплексы типа [Э(NH3)4]2+ и [Э(NH3)6]2+, легко образующиеся действием аммиака на растворы солей:
ZnSO4 + 4NH3 = [Zn(NH3)4]SO4
Аммиакаты ртути (II) образуются только при большом избытке аммиака и в присутствии солей аммония. Взаимодействие HgCl2 с NH3 в концентрированном растворе NH4Cl приводит к выпадению осадка [Hg(NH3)2Cl2].
HgCl2 + 2NH3 = Hg(NH3)2Cl2
Цинк и его аналоги образуют различного рода цинкаты, кадматы и гидраргираты.
Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4]
Соединения ртути (I).
Для ртути (I) известны черный оксид Hg2O, галогениды Hg2Г2. Большинство производных ртути (I) бесцветны и труднорастворимы в воде.
Соединения Hg22+ в зависимости от условий проявляют восстановительные и окислительные свойства:
Hg2Cl2 + Cl2 = 2HgCl2
Hg2Cl2 + SnCl2 = 2Hg + SCl4
Каломель Hg2Cl2 практически нерастворима в воде. Соединения ртути (I) склонны к реакциям диспропорционирования с выделением ртути и ртути (II).
Hg2(CN)2 = Hg(CN)2 + Hg
Hg2S = HgS + Hg
Большинство производных ртути (I) малоустойчивы, бесцветны и труднорастворимы в воде, под действием сильных окислителей переходят в соединения двухвалентной ртути:
3Hg2Cl2 + 8HNO3 = 3Hg(NO3)2 + 2NO↑ + 4H2O
Выполнение работы.
Цель работы: мзучить основные свойства Цинка и Кадмия.
Приборы и реактивы. Тигель фарфоровый, цинковая пыль,лакмусовая бумага, Растворы: серной кислоты, соляной кислоты, гидроксида натрия, гидроксида аммония, сульфата цинка, сульфата кадмия, нитрата калия
Опыт №1.
Растворение цинка в кислотах и щелочах.
В пробирку поместили 4-5 капель 2н. раствора серной кислоты, добавили 1 микрошпатель цинковой пыли и подогрели. То же проделали и с концентрированной серной кислотой.
Проверили растворимость цинка в соляной кислоте и гидроксиде натрия.
Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2
Zn + 2H2SO4(конц.) = ZnSO4 + SО2+ 2H2O
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
Опыт №2.
Получение гидроксидов цинка и кадмия и исследование их свойств.
В две пробирки налили по 3-4 капли раствора соли цинка, а в две другие - соли кадмия. В каждую пробирку добавили по 2 н. раствора гидроксида натрия, получили белые студенистые осадки.
ZnSO4+2NaOH=Zn(OH)2+Na2SO4
Cd(NO3)2+2NAOH=Cd(OH)2+2NaNO3
Далее к полученным гидроксида добавили кислоты, а другие две пробирки избыток щелочи. Во всех случаях осадки растворились.
Zn(OH)2+H2SO4=ZnSO4+2H20
Cd(OH)2+H2SO4=CdSO4+2H2O
Zn(OH)2+ NAOH=Na[Zn(OH)4]
Cd(OH)2+ NAOH=Na[Cd(OH)4]
В пробирка с избытком щелочи осадки растворились, потому что образовались растворимые комплексные соединения, называемые тетрагидроксоцинкаты (кадмиаты) натрия.
Опыт №3.
Получение комплексных соединений цинка и кадмия.
Поместили в одну пробирку 2 капли раствора соли цинка (сульфата цинка), а в другую раствор соли кадмия (нитрата кадмия) и добавили в каждую по 2 капли 2 н. раствора гидроксида аммония. Добавляли в каждую пробирку гидроксида аммония до полного растворения осадков.
Для обеих ионов – комплексообразвателей характерное координационное число равно 4.
ZnSO4+2NH4OH=Zn(OH)2+(NH4)2SO4
Zn(OH)2+2NH4OH=(NH4)2[Zn(OH)4] – тетрагидроксоцинкат аммония
Cd(NO3)2+2NH4OH=Cd(OH)2+2NH4NO3
Cd(OH)2+2NH4OH=(NH4)2[Cd(OH)4] – тетрагидроксокадмиат аммония
Опыт №4.
Восстановительные свойства цинка.
В тигель поместили 2 микрошпателя цинковой пыли, 4 капли раствора нитрата калия и 2-3 капли концентрированного раствора гидроксида натрия. Медленно нагрели содержимое тигля до слабого кипения. Поднесли к тиглю лакмусовую бумажку. Она посинела.
Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
NaOH + KNO3 = NaNO3 + KOH