методичка d- и f-элементы

61

нения реакций. Сделать вывод о влиянии концентрации азотной кислоты на продукты ее вос-

становления цинком.

Zn + HNO3 (разб.) нагрев

Zn + HNO3 (конц.) нагрев

2. Взаимодействие цинка с раствором щелочи. В пробирку внести микрошпатель цин-

ковой пыли и добавить 5 капель раствора гидроксида натрия (c = 2 моль/л). Наблюдать выде-

ление газа. Написать уравнение реакции, учитывая, что в избытке щелочи образуется ион

[Zn(OH)4]2-.

Zn + NaOH + H2O

3. Взаимодействие цинка с серой. ВНИМАНИЕ! Опыт проводить в вытяжном шка-

фу. На керамической плитке тщательно перемешать 2 микрошпателя цинковой пыли с 1 мик-

рошпателем порошка серы. Осторожно поджечь смесь с помощью длинной горящей лучины.

Отметить яркую вспышку. Какой вывод можно сделать об энтальпии образования сульфида цинка? Написать уравнение реакции . Почему реакция идет только после поджигания смеси?

Zn + S нагрев

4. Взаимодействие цинка с раствором аммиака. В пробирку внести микрошпатель цин-

ковой пыли и 3-4 капли концентрированного раствора аммиака. Наблюдать растворение ме-

талла и выделение газа. Почему цинк не растворяется в воде и сравнительно легко растворя-

ется в водном растворе аммиака? Какую функцию выполняет в данной реакции аммиак?

Написать в ионном и молекулярном виде уравнения реакций растворения защитной пленки металла в растворе аммиака и взаимодействия цинка с водой.

Zn + H2O + NH3∙H2O (конц.)

Опыт 2. Сравнение восстановительной способности цинка, кадмия и ртути в реакциях,

протекающих в водных растворах

В пробирку, содержащую 4-5 капель раствора соли кадмия (c = 0,25 моль/л), внести 1

гранулу цинка, во вторую пробирку, содержащую 4-5 капель раствора соли ртути (II), — ку-

62

сочек медной проволоки, зачищенной ножом или наждачной бумагой. Наблюдать образова-

ние на цинке губчатой массы кадмия и на медной проволоке — блестящего слоя ртути. Сде-

лать вывод о восстановительной способности цинка, кадмия и ртути, учитывая, что медь в ряду стандартных электродных потенциалов стоит после водорода. Из трех приведенных

значений 2 = -0,40; +0,85; -0,76 В выбрать потенциалы, соответствующие цинку, кад-

Me / Me

мию и ртути.

CdCl2 + Zn

HgCl2 + Cu

Опыт 3. Получение и свойства гидроксидов цинка и кадмия

1. Получение гидроксидов цинка и кадмия. В две пробирки раздельно внести по 8-10 ка-

пель растворов солей цинка и кадмия (c = 0,25 моль/л) и по каплям добавить к ним раствор гидроксида натрия (калия) (c = 0,5 моль/л) до выпадения белых аморфных осдков (гидрокси-

ды оставить для опытов 3.2, 3.3, 3.4 и 3.5). Написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

ZnCl2 + NaOH

CdCl2 + NaOH

2. Взаимодействие гидроксидов цинка и кадмия с кислотами. В две пробирки внести раздельно по 2 капли суспензии гидроксидов цинка и кадмия, полученных в опыте 3.1. Доба-

вить к ним по 3-4 капли раствора соляной кислоты (c = 0,5 моль/л). Написать уравнения ре-

акций растворения осадков в соляной кислоте в молекулярном и ионном виде.

Zn(OH)2 + HCl (разб.)

Сd(OH)2 + HCl (разб.)

3. Взаимодействие гидроксидов цинка и кадмия со щелочами. В две пробирки внести раздельно по 2 капли суспензии гидроксидов цинка и кадмия, полученных в опыте 3.1. Доба-

вить к ним по 5 капель раствора щелочи (c = 0,5 моль/л). Наблюдать растворение осадка в первой пробирке. Во вторую пробирку добавить 1-2 гранулы твердой щелочи и содержимое

63

нагреть. Написать уравнения реакций растворения гидроксидов цинка и кадмия в молекуляр-

ном и ионном виде, учитывая, что при избытке щелочи образуются гидроксокомплексы с ко-

ординационными числами 4 для цинка и 6 – для кадмия. На основании результатов опытов

3.2 и 3.3 сделать вывод о кислотно-основных свойствах гидроксидов и о характере изменения этих свойств в ряду Zn(OH)2, Cd(OH)2.

Zn(OH)2 + NaOH (конц.)

Сd(OH)2 + NaOH (тверд.)

4. Взаимодействие гидроксидов цинка и кадмия с раствором аммиака. В две пробирки внести раздельно по 2 капли суспензии гидроксидов цинка и кадмия, полученных в опыте

3.1, и добавить к ним избыток концентрированного раствора аммиака. Написать уравнения реакций растворения гидроксидов в растворе аммиака в молекулярном и ионном виде.

Zn(OH)2 + NH3∙H2O (конц.)

Cd(OH)2 + NH3∙H2O (конц.)

5. Взаимодействие гидроксидов цинка и кадмия с раствором хлорида аммония. В две пробирки внести раздельно по 2 капли суспензии гидроксидов цинка и кадмия, полученных в опыте 3.1. Добавлять к ним по каплям насыщенный раствор хлорида аммония до растворения осадков. Объяснить причину растворения гидроксидов цинка и кадмия в растворе хлорида аммония и написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

Zn(OH)2 + NH4Cl

Cd(OH)2 + NH4Cl

Опыт 4. Отношение оксидов цинка и кадмия к нагреванию

В металлическую ложку поместить 1 микрошпатель оксида цинка и нагреть. Отметить изменения окраски оксида. Охладить его и вновь отметить изменение окраски. Это свойство оксида цинка изменять цвет при нагревании и охлаждении используют в фармацевтической практике при установлении подлинности вещества. Аналогично провести опыт с оксидом кадмия.

64

ZnO нагрев

CdO нагрев

Опыт 5. Получение и свойства сульфидов цинка и кадмия

1. Получение сульфидов цинка и кадмия. В две пробирки внести по 4-5 капель растворов солей цинка и кадмия (c = 0,25 моль/л) и 4-5 капель раствора сульфида натрия (c = 0,25

моль/л). Отметить цвет выпавших осадков. Написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Сульфиды цинка и кадмия оставить для опытов 5.2 и 5.3.

ZnCl2 + Na2S

CdCl2 + Na2S

2. Взаимодействие сульфидов цинка и кадмия с соляной кислотой. В пробирку внести 2

капли суспензии ZnS и добавить 3-4 капли разбавленного раствора соляной кислоты. В дру-

гую пробирку внести 2 капли суспензии CdS и добавить 2 капли концентрированного раство-

ра соляной кислоты. Что наблюдается в обеих пробирках? Написать уравнения реакций.

Можно ли осаждать эти сульфиды сероводородом? ZnS + HCl (разб.)

CdS + HCl (конц.)

3. Взаимодействие сульфидов цинка и кадмия с азотной кислотой. В две пробирки вне-

сти по 2 капли суспензии сульфидов цинка и кадмия, полученных в опыте 5.1. Добавить к ним по 3-4 капли раствора азотной кислоты (c = 2 моль/л). Растворы подогреть. Наблюдать растворение осадков в обеих пробирках. Написать уравнения реакций.

ZnS + HNO3 (разб.) нагрев

CdS + HNO3 (разб.) нагрев

Опыт 6. Гидролиз солей цинка и кадмия

65

На полоски универсальной индикаторной бумаги нанести по 1 капле растворов солей цинка и кадмия (c = 0,25 моль/л). Сравнить рН растворов. Какая из солей гидролизована в большей степени? Почему? Какими способами можно усилить гидролиз? Написать уравне-

ния реакций гидролиза в молекулярном и ионном виде.

ZnCl2 + H2O

CdCl2 + H2O

Опыт 7. Получение и свойства карбонатов гидроксоцинка и гидроксокадмия

1. Получение основных солей. Две пробирки, содержащие раздельно по 0,5-1,0 мл раство-

ров солей цинка и кадмия (c = 0,25 моль/л), нагреть и в каждую добавить по 0,5 мл раствора карбоната натрия (c = 0,25 моль/л). Наблюдать выпадение белых осадков карбонатов гидрок-

социнка и гидроксокадмия (осадки сохранить для опытов 7.2 и 7.3). Написать уравнения ре-

акций в молекулярном и ионном виде. Зачем необходимо нагревать растворы исходных со-

лей?

ZnCl2 + Na2CO3 + H2O нагрев

CdCl2 + Na2CO3 + H2O нагрев

2. Термическое разложение карбонатов гидроксоцинка и гидроксокадмия. В два тигля внести раздельно по 3 капли суспензий карбонатов гидроксоцинка и гидроксокадмия, полу-

ченных в опыте 7.1. Выпарить воду и остатки прокалить. Отметить цвет образующихся окси-

дов и изменение его при охлаждении, а также термическую неустойчивость основных солей цинка и кадмия. Написать уравнения реакций.

(ZnOH)2CO3 нагрев (CdOH)2CO3 нагрев

3. Растворение карбонатов гидроксоцинка и гидроксокадмия в кислотах. В две про-

бирки внести по 2 капли суспензий карбонатов гидгоксидоцинка и гидроксидокадмия. Доба-

вить к ним по 4 капли раствора соляной кислоты (c = 0,5 моль/л). Отметить растворение осадков и написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде. Объяснить процесс

66

растворения осадков, пользуясь правилом, определяющим направление протекания обмен-

ных реакций.

(ZnOH)2CO3 + HCl (разб.) (CdOH)2CO3 + HCl (разб.)

Опыт 8. Получение и свойства комплексных соединений цинка и кадмия

1. Получение аммиакатов цинка и кадмия. В две пробирки поместить по 2 капли раство-

ров солей цинка и кадмия (c = 0,25 моль/л). Прибавить по каплям раствор аммиака

(c = 2 моль/л) до выпадения осадков. Добавить избыток раствора аммиака до полного раство-

рения осадков. Написать в ионном и молекулярном виде уравнения реакций образования гидроксидов и аммиакатов, учитывая, что координационные числа цинка и кадмия равны 4.

Полученные комплексные соединения оставить для опыта 8.2. Какой из полученных аммиа-

катов прочнее?

ZnCl2 + NH3∙H2O (разб.)

Zn(OH)2 + NH3∙H2O (разб.)

CdCl2 + NH3∙H2O (разб.)

Cd(OH)2 + NH3∙H2O (разб.)

2. Разрушение аммиакатов цинка и кадмия. К полученным в опыте 8.1 аммиакатам до-

бавить по 2 капли раствора сульфида натрия (c = 0,25 моль/л). Объяснить причину разруше-

ния комплексных соединений, пользуясь правилом, определяющим направление протекания обменных реакций в растворах электролитов. Написать уравнения ионизации аммиаката цин-

ка и выражения ступенчатых констант нестойкости. Какими еще способами можно разру-

шить аммиакаты цинка и кадмия?

[Zn(NH3)4](OH)2 + Na2S

[Cd(NH3)4](OH)2 + Na2S

67

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА «РТУТЬ»

Ртуть и ее соединения ядовиты и очень медленно выводятся из организма. Поэто-

му все опыты со ртутью следует выполнять с большой осторожностью и в вытяжном шкафу. Отходы сливать в отдельную склянку. После выполнения работы нужно тща-

тельно вымыть руки.

Опыт 1. Получение ртути из солей ртути(I) и (II)

В две пробирки поместить по 5 капель растворов нитратов ртути(II) и (I) и опустить по кусочку медной проволоки зачищенной ножом или наждачной бумагой. Наблюдать появле-

ние ртути на поверхности проволоки. Написать уравнения протекающих реакций.

Hg(NO3)2 + Cu

Hg2(NO3)2 + Cu

Опыт 2. Получение и свойства оксидов ртути(I) и (II)

1. Получение оксидов ртути(I) и (II). В две пробирки поместить по 4 капли растворов солей ртути(I) и (II) с молярной концентрацией эквивалента 0,5 моль/л и добавить по 4 капли раствора щелочи (c = 0,5 моль/л). Отметить цвет образующихся осадков оксидов ртути. По-

чему в результате реакции образуются оксиды, а не гидроксиды ртути? Полученный оксид ртути(II) оставить для опыта 2.2.

Hg2(NO3)2 + NaOH

Hg(NO3)2 + NaOH

2. Взаимодействие оксида ртути(II) с азотной кислотой. Половину полученного в опыте 2.1 оксида ртути(II) перенести в другую пробирку. В первую добавить 3 капли раство-

ра азотной кислоты (c = 2 моль/л), а во вторую — 3 капли раствора щелочи (c = 2 моль/л). На основании проделанного опыта сделать вывод о кислотно-основных свойствах оксида ртути(II). Написать уравнения реакций в молекулярном и ионном виде.

68

HgO + HNO3(разб.)

HgO + NaOH

Опыт 3. Получение и свойства хлоридов ртути(II) (сулемы) и ртути(I) (каломели)

В две пробирки поместить по 2 капли раствора хлорида натрия (c = 0,5 моль/л), доба-

вить по 4 капли растворов нитратов ртути(I) и (II) с молярной концентрацией эквивалента

0,5 моль/л. В какой из пробирок выпадает осадок? Написать уравнения реакций в молекуляр-

ном и ионном виде.

Hg2(NO3)2 + NaCl

Hg(NO3)2 + NaCl

Опыт 4. Окислительно-восстановительные свойства соединений ртути

1. Окислительные свойства солей ртути(II). В две пробирки поместить по 2 капли раствора нитрата ртути(II) (c = 0,25 моль/л) и добавить 2–3 капли раствора хлорида олова(II) (c = 0,25 моль/л). Наблюдается ли выпадение белого осадка каломели, которая под действием избытка SnCl2 восстанавливается до ртути? Написать уравнения реакций.

Hg(NO3)2 + SnCl2

Hg2Cl2 + SnCl2

2. Восстановительные свойства солей ртути(I). В две пробирки поместить по 2 капли оаствора нитрата ртути(I). В первую пробирку добавить 2–3 капли концентрированного рас-

твора азотной кислоты, раствор прокипятить и охладить. Затем в обе пробирки добавить по 2

капли раствора хлорида натрия (c = 0,5 моль/л). Почему в первой пробирке не выпал осадок?

Написать уравнение реакции нитрата ртути(I) с азотной кислотой.

Hg2(NO3)2 + HNO3(конц.) нагрев

69

Опыт 5. Получение и свойства комплексных соединений ртути(II)

1. Получение комплексного тетраиодидомеркурат(II)-иона. В пробирку поместить 4

капли раствора нитрата ртути(II) (c = 0,25 моль/л) и по каплям добавить раствор иодида калия

(c = 0,5 моль/л) до выпадения осадка. Отметить цвет осадка и написать уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. В пробирку добавить избыток раствора иодида калия. Наблю-

дается растворение осадка вследствие образования комплексного соединения? Написать уравнение реакции в молекулярном и ионном виде. Координационное число иона Hg2+ равно

4. Синтезированное комплексное соединение оставить для опытов 5.2, 5.3 и 5.4.

Hg(NO3)2 + KI

HgI2 + KI

2.Разрушение тетраиодидомекурат(II)-иона при разбавлении раствора. В пробирку поместить 2 капли синтезированного в опыте 5.1 комплексного соединения и добавить к нему по каплям воду до выпадения осадка. Каким веществом является этот осадок? Написать уравнение ионизации комплексного иона и объяснить, почему добавление воды (разбавление раствора) приводит к разрушению комплексного иона.

K2[HgI4] H2O

3.Разрушение тетраиодидомекурат(II)-иона при действии сульфид-иона. В пробир-

ку поместить 2 капли синтезированного в опыте 5.1 комплексного соединения и к нему доба-

вить по каплям раствор сульфида натрия (c = 0,25 моль/л) до выпадения черного осадка сульфида ртути. Объяснить его образование, пользуясь правилом, определяющим направле-

ние протекания обменных реакций в растворах электролитов. Написать уравнение реакции в молекулярном и ионном виде.

K2[HgI4] + Na2S

4. Взаимодействие тетраиодидомекурат(II)-иона с солями серебра. В пробирку по-

местить 2 капли синтезированного в опыте 5.1 комплексного соединения и добавить 1 каплю раствора нитрата серебра (c = 0,1 моль/л). Отметить цвет выпавшего осадка. Произошло ли

70

разрушение комплексного иона? Написать уравнение реакции в молекулярном и ионном ви-

де.

K2[HgI4] + AgNO3

Контрольные вопросы и упражнения

1.Напишите электронные формулы атомов Zn, Cd, Hg и ионов Zn2+, Cd2+, Hg2+.

2.Как и почему изменяется энергия ионизации в ряду Zn, Cd, Hg?

3.Как изменяется термическая устойчивость гидроксидов в ряду элементов группы IIB?

4.Напишите уравнения реакций термического разложения нитратов цинка, кадмия и ртути(II).

5.Почему цинк не растворим в воде, но растворяется в растворах аммиака и хлорида аммо-

ния? Напишите уравнения соответствующих реакций.

6.Как взаимодействуют соли цинка и ртути(II) с водным раствором аммиака? Как влияет избыток аммиака и соли аммония на это взаимодействие?

7.Напишите в молекулярной и ионной формах уравнеия гидролиза нитратов цинка, рту-

ти(II) и ртути(I).

8.Чем обусловлена слабая ионизация в водном растворе хлорида ртути(II) (сулемы)?

9.Как взаимодействует ртуть с азотной кислотой, если используется: а) избыток кисло-

ты; б) избыток ртути?

10.Как предотвратить диспропорционирование солей ртути(I) в растворе?

11.Закончите уравнения следующих реакций:

а) Hg(NO3)2 + KI(избыток) =

б) Zn + KMnO4 + H2SO4 = в) CdS + HNO3 =

г) Cd + NaCN + H2O = д) Hg2(NO3)2 + KCN =