Лабораторные работы по "Неорганической химии"

Министерство образования Российской Федерации

Владимирский Государственный Университет

Кафедра Химии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Лабораторная работа по общей и неорганической химии №25

"Цинк. Кадмий"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил

Студент группы Хб-108

Якимова К. А.

 

 

Проверил

Преподаватель

Орлин Н.А.

 

 

 

 

 

 

2009       

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(H₂O)₄]²⁺

Zn + 2H₂O + 2OH^- = H₂ + [Zn(OH)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.

Hg + S = HgS

 

Соединения Zn(II), Cd(II), Hg(II).

 

            В подгруппе цинка с увеличением атомного  номера устойчивость однотипных бинарных соединений уменьшается.

При растворении соединений Э(II) в воде, а также при взаимодействии ЭО или Э(ОН)₂ с кислотами образуются устойчивые аквакомплексы типа [Э(Н₂О)₄]²⁺ и [Э(Н₂О)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)₂]Cl₂.

HgCl₂ + 2NH₃ = [Hg(NH₃)₂]Cl₂

 

          Цинк и его аналоги образуют различного рода цинкаты, кадмиаты  и   гидраргираты (меркураты). Так, Zn(OH)₂  легко растворяется в щелочах за счет образования растворимых гидроксоцинкатов.

Zn(OH)₂ + 2KOH = K₂[Zn(OH)₄] 

                                                ^{тетрагидроксоцинкат калия}

  Или при кипячении - до цинкатов и воды.

Zn(OH)₂ + 2KOH

K₂ZnO₂ + 2Н₂О

         ^{цинкат калия}

Гидроксид  кадмия кислотные свойства проявляет в  меньшей степени, чем Zn(OH)₂.

Для Zn в комплексных соединениях характерны координационные числа 4 (для небольших лигандов) и 6 (для лигандов больших размеров).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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

4Zn + 5H₂SO_4(конц.) = 4ZnSO₄ + H₂S + 4H₂O

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.

 

Zn+2NaOH=Zn(OH)₂+Na₂SO₄

CdSO₄ +2NаOH=Cd(OH)₂+ Na₂SO₄

 

Далее к полученным гидроксидам добавили кислоты, а в другие две пробирки избыток щелочи. Во всех случаях осадки растворились.

 

Zn(OH)₂ + H₂SO₄ = [Zn(H₂О)₂]SO₄ 

Cd(OH)₂ + H₂SO₄ = [Cd(H₂О)₂]SO₄

Zn(OH)₂+ NаOH = Na₂[Zn(OH)₄]

Cd(OH)₂+ NаOH = Na₂[Cd(OH)₄]

                                    

 

Опыт №3. Получение комплексных соединений цинка и кадмия.

 

Поместили в одну пробирку 2 капли раствора соли цинка, а в другую раствор соли 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 + 4NH₄OH = [Zn(NH₃)₄]SO₄ + 4Н₂O

 

CdSO₄ + 4NH₄OH = [Cd(NH₃)₄]SO₄ + 4Н₂O

 

 

 

 

 

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.

 

3Zn + 2KNO₃ + 4NaOH_(конц) + 2H₂O

  2Na₂[Zn(OH)₄] + К₂[Zn(OH)₄] + 2NO