Теоретический материал по теме "Цинк и его соединения"
методическая разработка по химии (9 класс)

ЦИНК И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МЕТАЛЛА

Цинк — элемент побочной подгруппы второй группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 30. Электронная формула в основном состоянии 1s22s22p63s23p63d104s2, в возбуждённом состоянии 4s14 p1. В атомах цинка d-подуровень стабилен и его электроны не принимают участия в образовании химических связей, поэтому атомы проявляют степень окисления +2.

НАХОЖДЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Элемент цинк находится в составе неорганических веществ:

• Цинковая обманка – ZnS
• Цинковый шпат - ZnCO3
• Цинковая шпинель - ZnO ∙ Al2O3

ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Металл средней активности, при нормальных условиях — хрупкий переходный металл голубовато-белого цвета (тускнеет на воздухе, покрываясь тонким слоем оксида цинка).

ПОЛУЧЕНИЕ ЦИНКА

• Пирометаллургический метод – руду обжигают, а оксид восстанавливают коксом

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2;   ZnO + С = Zn + CO           

• Гидрометаллургический – руду обрабатывают раствором серной кислоты, из полученного сульфата цинк выделяют электролизом.
• Электролиз растворов солей цинка

ZnSO4 +2H2O  Zn + O2 + H2SO4 + H2

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Цинк – металл, образующий амфотерные соединения. Амфотерными являются соединения цинка ZnO и Zn(OH)2. Цинк во влажном воздухе покрывается защитной устойчивой гидроксидно-карбонатной плёнкой.  

1. С неметаллами

Zn + S = ZnS

Zn + Г2 = ZnГ2 (Г2 = F, Cl, Br, I)

3Zn + 2P = Zn3P2 

2. Реагирует с растворами кислот:

Zn + H2SO4 (разб) = ZnSO4 + H2

3. С кислотами – окислителями:

Zn + 2H2SO4 (конц) = ZnSO4 + SO2 + 2H2O

3Zn + 4H2SO4 (конц) = 3ZnSO4 + S + 4H2O

4Zn + 5H2SO4 (конц) = 4ZnSO4 + H2S + 4H2O

Zn + 4HNO3 (конц) = Zn(NO3) 2 + 2NO2 + 2H2O

4Zn + 10HNO3 (разб) = 4Zn(NO3) 2 + 2N2O+ 5H2O

4Zn + 10HNO3 (очень разб) = 4Zn(NO3) 2 + NH4NO3 + 3H2O

4. С растворами щелочей:

Zn + 4NH4OH (конц) = [Zn(NH3)4](OH)2 + H2 + 2H2O

Zn + 2NaOH (тв)  Na2ZnO2 + H2

5. С оксидами неметаллов и аммиаком:

3Zn + SO2  2ZnO + ZnS

Zn + CO2 ZnO + CO

3Zn + 2NH3  Zn3N2 + 3H2

6. С водой (с водяным паром при нагревании)

Zn + H2O  ZnO + H2

7. C щелочным расплавом в щелочной среде

3Zn + KClO3 + 6KOH  3K2ZnO2 + KCl + 3H2O

8. C солями

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

Zn + 2Na[Ag(CN)2] (p-p) = Na2[Zn(CN)4] + 2Ag

СОЕДИНЕНИЯ ЦИНКА

Оксид цинка ZnO – рыхлый белый порошок, при нагревании желтеет, в воде практически нерастворим, обладает амфотерными свойствами.

Получение:

• Zn(OH)2  ZnO + H2O
• 2Zn + O2 = 2ZnO

Химические свойства:

Реагирует с кислотами и щелочами, кислотными и основными оксидами, восстанавливается коксом

1. 
2. 
3. ZnO + H2S = ZnS + H2O
4. ZnO + 2NaOH  Na2ZnO2 + H2O
5. ZnO + N2O5  Zn(NO3)2
6. ZnO + SiO2  ZnSiO3
7. ZnO + K2O  K2ZnO2
8. ZnO + C  Zn + CO
9. ZnO + BaCO3  BaZnO2 + CO2

Гидроксид цинка Zn(OH)2 – аморфное вещество белого цвета, нерастворимое в воде, обладает амфотерными свойствами.

Получение:

Образуется обменной реакцией между растворимой солью цинка и щелочью:

        ZnCl2 + 2NaOH = Zn(OH)2 + 2NaCl    

Химические свойства

Реагирует с кислотами и щелочами, углекислым газом, разлагается при нагревании.

1. Zn(OH)2 + 2HNO3 = Zn(NO3)2 + 2H2O
2. Zn(OH)2 + 2NaOH (конц) = Na2[Zn(OH)4]
3. 2Zn(OH)2 суспензия + СO2 = (ZnOH)2CO3 + H2O
4. Zn(OH)2 + CaO  CaZnO2 + H2O
5. Zn(OH)2 + SiO2  ZnSiO3 + H2O
6. Zn(OH)2 + 4NH3∙ H2O = [Zn(NH3)4](OH)2 + 4H2O
7. Zn(OH)2  ZnO + H2O

Соли Zn2+ - хорошо растворимы в воде, подвергаются гидролизу по катиону.

        Zn(NO3)2 + H2O ↔ ZnOHNO3 + HNO3

Цинкаты разлагаются растворами кислот, при нагревании или разбавлении водой.

1. Na2[Zn(OH)4] + 2HCl (недост) = 2NaCl + Zn(OH)2 + 2H2O
2. Na2[Zn(OH)4] + 4HCl (изб) = 2NaCl + ZnCl2 + 4H2O
3. Na2[Zn(OH)4] + CO2 = Na2CO3 + Zn(OH)2 + H2O
4. Na2[Zn(OH)4] (разбавление) = Zn(OH)2 + 2NaOH

Сульфид цинка ZnS реагирует с растворами кислот и окисляется кислородом воздуха при нагревании (обжиг):

ZnS + 2HCl = ZnCl2 + H2S

2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2