Лабораторный опыт 25, страница 223 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 48. Цинк. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - страница 223.

Условие.

Лабораторный опыт 25.Свойства цинка и его соединений

1. Ознакомьтесь с природными минералами цинка, образцами металла и оцинкованного железа, имеющимися в школьном кабинете химии. Отметьте внешний вид металла, исследуйте его твёрдость.

2. В две пробирки положите по одной грануле цинка. В одну из них прилейте соляную кислоту, в другую — раствор гидроксида натрия. Что вы наблюдаете? Напишите уравнения реакций.

3. К раствору соли цинка прибавляйте по каплям раствор гидроксида натрия до выпадения белого осадка гидроксида цинка. Полученный осадок разделите на три части. К первой прилейте соляную кислоту, ко второй — раствор гидроксида натрия, к третьей — раствор аммиака. Чем вызвано растворение осадка в каждом случае?

Решение.

Решение 2.

1. Решение

Природные минералы цинка, такие как сфалерит (цинковая обманка, $ZnS$), могут иметь различную окраску от жёлтой до чёрной с металлическим или алмазным блеском. Смитсонит ($ZnCO_3$) — обычно белый, серый или зеленоватый минерал.

Металлический цинк ($Zn$) — это голубовато-белый, блестящий металл. На воздухе он тускнеет, покрываясь тонкой защитной плёнкой оксида или основного карбоната цинка, что придает ему матовый серый оттенок. Оцинкованное железо представляет собой железо, покрытое слоем цинка, и имеет характерный серебристо-серый цвет, часто с узором кристаллизации на поверхности.

Цинк — относительно мягкий металл. Его твёрдость по шкале Мооса составляет 2,5. Это означает, что он твёрже талька (1) и гипса (2), но мягче меди (3,5). Его можно поцарапать медной монетой, но он сам царапает ноготь (твёрдость ~2,2-2,5).

Ответ: Цинк — голубовато-белый блестящий металл, тускнеющий на воздухе до серого цвета. Он является относительно мягким (твёрдость по Моосу 2,5).

2. Решение

При добавлении реагентов к гранулам цинка наблюдаются следующие явления:

В первой пробирке с соляной кислотой:
Наблюдается бурное выделение пузырьков газа (водорода), а гранула цинка постепенно растворяется. Это происходит потому, что цинк — активный металл, стоящий в ряду напряжений до водорода, и он вытесняет водород из кислоты.

Уравнение реакции:
$Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

Во второй пробирке с раствором гидроксида натрия:
Наблюдается выделение пузырьков газа (водорода), и гранула цинка растворяется. Реакция может протекать медленнее, чем с кислотой, и для ее ускорения может потребоваться нагревание. Это явление демонстрирует амфотерные свойства цинка — его способность реагировать не только с кислотами, но и с сильными щелочами.

Уравнение реакции (в водном растворе образуется комплексная соль):
$Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2 \uparrow$

Ответ: В обеих пробирках наблюдается выделение газа и растворение цинка, что свидетельствует о его реакции как с кислотой, так и со щелочью. Уравнения реакций: $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$ и $Zn + 2NaOH + 2H_2O \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4] + H_2 \uparrow$.

3. Решение

При прибавлении по каплям раствора гидроксида натрия к раствору соли цинка (например, сульфата цинка $ZnSO_4$) образуется белый студенистый осадок гидроксида цинка $Zn(OH)_2$.

Уравнение реакции образования осадка:
$ZnSO_4 + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_2 \downarrow + Na_2SO_4$

Далее при добавлении различных реагентов к этому осадку происходит его растворение по следующим причинам:

1. Добавление соляной кислоты ($HCl$):
Растворение осадка вызвано тем, что гидроксид цинка, являясь основанием, вступает в реакцию нейтрализации с кислотой с образованием растворимой соли (хлорида цинка) и воды.
Уравнение реакции:
$Zn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + 2H_2O$

2. Добавление раствора гидроксида натрия ($NaOH$):
Растворение осадка вызвано амфотерными свойствами гидроксида цинка. Он реагирует с избытком сильной щёлочи, образуя растворимый комплексный гидроксо-соль — тетрагидроксоцинкат натрия.
Уравнение реакции:
$Zn(OH)_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2[Zn(OH)_4]$

3. Добавление раствора аммиака ($NH_3 \cdot H_2O$):
Растворение осадка в этом случае вызвано образованием растворимого комплексного соединения — гидроксида тетраамминцинка(II). Ионы цинка $Zn^{2+}$ способны образовывать прочные комплексные ионы с молекулами аммиака.
Уравнение реакции:
$Zn(OH)_2 + 4(NH_3 \cdot H_2O) \rightarrow [Zn(NH_3)_4](OH)_2 + 4H_2O$

Ответ: Растворение осадка гидроксида цинка вызвано его химическими свойствами: в кислоте он растворяется из-за своих основных свойств; в щёлочи — из-за амфотерных свойств; в растворе аммиака — из-за способности иона цинка образовывать растворимые аммиачные комплексы.