8.10. Подгруппа цинка

Общая характеристика цинка, кадмия и ртути. Получение и свойства цинка, его оксида, гидоксида, солей и комплексных соединений. Применение цинка и сплавов на его основе. Кадмий и его важнейшие соединения. Ртуть и соединения ртути.

1561. Цинк, кадмий и ртуть – последние элементы декад d-элементов в периодах. Как эта особенность d-элементов сказывается на их свойствах и свойствах их соединений?

1562. В каких частях ряда напряжений расположены цинк, кадмий и ртуть, чему равны их электродные потенциалы, как эти металлы взаимодействуют с кислотами, щелочами, водой?

1563. Напишите уравнения реакций (с указанием условий их проведения), с помощью которых цинк получают пиро- и гидрометаллургическим методами из сфалерита (ZnS) и галмея (ZnCO₃):

ZnS ® ZnO ® Zn; ZnCO₃ ® ZnO ® ZnSO₄ ® Zn

1564. Из одной тонны сфалеритового концентрата получено 260 кг цинка. Чему равна массовая доля сульфида цинка в концентрате?

1565. При прокаливании 16,0 г смеси карбоната и оксида цинка получено 12,5 г ZnO. Определите состав смеси (абсолютный и в массовых процентах).

1566. При прокаливании 50,0 г смеси карбоната и оксида цинка получено 2240 мл CO₂ (н.у.). Определите состав смеси – абсолютный и в процентах.

1567. Напишите уравнения реакций цинка с серной кислотой с образованием водорода, сероводорода, оксида серы (IV) и серы. Укажите условия, которые обеспечивают преимущественное протекание каждой реакции.

1568. Какую массу цинка необходимо поместить в аппарат Киппа, чтобы получить 50 л водорода (н.у.)? Каким объёмом 20%-ной H₂SO₄ (p = 1,14) потребуется заполнить аппарат, если кислота берётся в двукратном избытке?

1569. Напишите уравнения реакций цинка с азотной кислотой: концентрированной (60 %), разбавленной (10–15 %) и очень разбавленной (0,1–1 %). Как изменяется полнота восстановления HNO₃ по мере её разбавления?

1570. Напишите уравнения реакций цинка со щёлочью в расплаве и в растворе. Чем принципиально отличаются эти реакции?

1571. Напишите уравнения реакций, свидетельствующих об амфотерных свойствах ZnO и Zn(OH)₂:

ZnO + HNO₃ = Zn(OH)₂ + H₂SO₄ =

ZnO + KOH(расплав) = Zn(OH)₂ + NaOH(расплав) =

ZnO + KOH + H₂O = Zn(OH)₂ + NaOH(раствор) =

1572. При кипячении цинка с щелочными растворами нитратов происходит их восстановление до аммиака. Какое практическое значение имеет эта реакция? Почему восстановителем считается не цинк, а водород, выделяющийся при его взаимодействии со щёлочью? Напишите уравнение реакции.

1573. Почему цинк не взаимодействует с водой, но взаимодействует с растворами хлорида аммония и соды? Напишите уравнения реакций.

1574. Что является причиной растворения гидроксида цинка в кислотах, щелочах и растворе аммиака? Напишите уравнения реакций.

1575. Какой из гидроксидов цинка – обычный Zn(OH)₂ или комплексный [Zn(NH₃)₄](OH)₂ – и почему является более сильным основанием? Почему комплексные соединения цинка бесцветны, диамагнитны и имеют тетраэдрическое строение?

1576. Для солей цинка ZnCl₂, Zn(NO₃)₂ и ZnSO₄ определите тип гидролиза и среду их водных растворов, напишите молекулярные и ионные уравнения реакций гидролиза. С помощью какого индикатора можно отличить раствор ZnCl₂ от раствора BaCl₂?

1577. Почему температуры разложения гидроксида цинка Zn(OH)₂ (125 ºС), карбоната ZnCO₃ (300 ºС) и сульфата ZnSO₄ (600 ºС) заметно ниже температур разложения аналогичных соединений кальция Ca(OH)₂ (580 ºС), CaCO₃ (860 ºС), CaSO₄ (1460 ºС), хотя оба элемента расположены в одной группе Приодической системы?

1578. Потенциалы полуреакций окисления цинка равны:

Zn – 2e + 4H₂O = [Zn(H₂O)₄]²⁺; j^o = –0,763 В

Zn – 2e + 4OH^- = [Zn(OH)₄]^2–; j^o = –1,216 В

В какой среде цинк является более сильным восстановителем? Подберите окислители для окисления цинка в кислой и щелочной средах и напишите уравнения реакций.

1579. Напишите уравнения реакций, в которых цинк является восстанавителем:

Zn + N2	Zn + K[Au(CN)2] =
Zn + NiSO4(р) =	Zn + K2Cr2O7 + H2SO4 =
Zn + KOH + H2O =	Zn + N2H4 + NaOH + H2O =

1580. Напишите уравнения и укажите условия проведения реакций для осуществления превращений:

ZnCO₃ ® ZnCl₂ ® ZnSO₄ ® Zn(OH)₂ ® Na₂[Zn(OH)₄] ® Na₂ZnO₂ ®

® Zn(NO₃)₂ ® ZnCO₃ ® ZnO ® Zn

1581. Напишите уравнения и укажите условия проведения реакций для осуществления превращений:

Zn ® ZnO ® K₂[Zn(OH)₄] ® ZnSO₄ ® [Zn(NH₃)₄]SO₄ ® ZnSO₄®

® Zn(OH)₂ ® ZnO ® Zn

1582. Сульфид цинка используется в качестве люминофора, пигмента и в других целях. По каким из приведенных реакций можно получить сульфид цинка? Напишите уравнения этих реакций и укажите условия их проведения:

Zn + S =	ZnSO4 + (NH4)2S =
ZnSO4 + H2S =	ZnSO4 + BaS =

1583. Напишите уравнения возможных реакций с участием сульфида цинка и укажите условия их проведения:

1) ZnS + HCl = 2) ZnS + H₂SO₄(конц) = 3) ZnS + HNO₃(конц) =

1584. Смесь сульфида цинка и сульфата бария, получаемая по реакции:

BaS + ZnSO₄ = ZnS¯ + BaSO₄¯,

под названием литопон используется в качестве белой малярной краски. Предложите методику определения количественного состава литопона.

1585. Химически чистый цинк взаимодействует с соляной и разбавленной серной кислотами очень медленно. Но если к нему прикоснуться медной проволочкой или внести в раствор сульфат меди, то интенсивность взаимодействия цинка с этими кислотами заметно увеличивается. Почему? Будет ли наблюдаться такой же эффект при добавлении соли магния?

1586. Цинк применяется для защиты их от коррозии железных и стальных изделий. Почему боле активный цинк защищает менее активный металл железо от окисления? Объясните механизм защитного действия цинка. Цинковые покрытия наносят горячим цинкованием, паровым цинкованием, либо гальваническим способом; по названию способов опишите их сущность.

1587. Много цинка расходуется на изготовление гальванических элементов. Как работают медно-цинковый (Даниэля – Якоби) и марганец – цинковый (Ленкланше) гальванические элементы, какова роль цинка в них и чему равны электродвижущая сила каждого из них?

1588. Для чего применяется цинк при получении золота цианидным способом? Напишите уравнение соответствующей реакции.

1589. Широкое промышленное использование имеют цинковые сплавы. Один из таких сплавов содержит медь (10 %), алюминий (5 %) и магний (0,05 %). С помощью каких реакций можно разделить этот сплав на отдельные компоненты?

1590. Кадмий извлекают из руд и отходов цинкового производства серной кислотой и восстанавливают из сульфата кадмия цинком или проведением электролиза. Напишите уравнения соответствующих реакций. Вычислите массу цинка, необходимую для получения одного килограмма кадмия по первому способу. Вычислите время электролиза при силе тока 500 А, за которое выделяется один килограмм кадмия при его получении вторым способом.

1591. Чем отличается по своим свойствам гидроксид кадмия от гидроксида цинка? Напишите уравнения возможных реакций:

Cd(OH)₂ + HCl = Cd(OH)₂ + NaOH = Cd(OH)₂ + NH₄OH =

1592. Опишите получение, свойства и применение сульфида кадмия. Чем отличается это соединение от сульфида цинка? Ответ иллюстрируйте уравнениями реакций.

1593. Определите тип гидролиза, напишите уравнения реакций гидролиза и укажите среду растворов солей кадмия: CdCl₂, CdSO₄, Cd(NO₃)₂.

1594. Приведите примеры комплексных соединений кадмия и их названия. Почему в этих соединениях координационное число может быть равным 4 и 6, тогда как в комплексных соединениях цинка – только 4?

1595. Напишите уравнения и укажите условия проведения реакций для осуществления превращений:

Cd ® CdO ® CdSO₄ ® CdS ® Cd(NO₃)₂ ® [Cd(NH₃)₆](NO₃)₂ ®

® Cd(OH)₂ ® CdO ® Cd

1596. Как работают широко применяемые в технике щелочные кадмиево-никелевые аккумуляторы?

1597. С какой целью и каким образом проводится кадмирование изделий из железа и обычной стали? С какой целью добавка кадмия вводится в медь? На каком свойстве кадмия основано его применение в атомных реакторах?

1598. Чем отличается ртуть от своих аналогов по подгруппе и от других металлов? Чему равен её электродный потенциал, в какой части ряда напряжений она находится, как взаимодействует с кислородом, серой, галогенами, кислотами, щелочами, водой?

1599. Ртуть получают из киновари непосредственно на стадии окислительного обжига. Почему операция восстановления, обычная при получении других металлов, в этом случае не нужна?

1600. Для очистки ртути от примесей цинка, сурьмы, свинца и других металлов её взбалтывают с насыщенным раствором HgSO₄. Почему при этом происходит очистка?

1601. Напишите уравнения реакций ртути с недостатком разбавленной холодной и с избытком горячей азотной кислоты. Как образующиеся соли взаимодействуют со щелочами, почему при этом образуются не гидроксиды, а оксиды ртути?

1602. Приведите примеры соединений ртути (I). Какие из них диспропорционируют, при каких условиях и с образованием каких продуктов? Ответ иллюстрируйте уравнениям реакций.

1603. Напишите уравнения реакций, иллюстрирующие свойства оксидов ртути:

HgO	HgO + HNO3 =
Hg2O	Hg2O + HNO3(разб.) =
Hg2O + O2	Hg2O + HNO3(конц.) =

1604. Нитрат ртути (II) в разбавленных растворах сильно гидролизуется с образованием основной соли, которая при нагревании раствора разлагается с образованием HgO. Напишите уравнения реакций гидролиза и разложения.

1605. Напишите уравнения реакций:

Hg(NO3)2 + KI(нед.) =	Hg(NO3)2 + KCN(нед.) =
Hg(NO3)2 + KI(изб.) =	Hg(NO3)2 + KCN(изб.) =

В каких из этих реакций образуются комплексные соединения, как они называются, чем объясняется их диамагнетизм и отсутствие окраски?

1606. В ряду однотипных комплексов ртути HgF₄^2– – HgCl₄^2– – HgBr₄^2– – HgI₄^2– константа нестойкости уменьшается, несмотря на увеличение длины связи (из-за увеличения радиуса лигандов). Объясните это явление.

1607. Как получают и где применяют сулему и каломель? Растворимость сулемы в 100 г воды составляет 6,6 г при 20 ºС и 58,0 г – при 100 ºС. Какая масса суммы кристаллизуется из 2,5 кг насыщенного при 100 ºС раствора при его охлаждении до 20 ºС?

1608. Какие меры предосторожности и почему необходимо соблюдать при работе со ртутью и её соединениями и что следует делать, если в помещении разлита ртуть?

1609. Какие металлы растворяются в ртути, как называются такие растворы и где они применяются? Почему применение натрия, растворённого в ртути, в качестве восстановителя более распространено, чем чистого натрия?

1610. Чем обусловлено применение ртути в лампах дневного света, в кварцевых лампах, термометрах, электролизёрах? Чем отличается процесс электролиза раствора хлорида натрия, если катодом является ртуть, от электролиза со стальным катодом (анодом в обоих случаях является графит)?