Лабораторные работы по "Неорганической химии"

 

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 + H₂SO_4(разб.) = ZnSO₄ + H₂

Zn + 2H₂SO_4(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