Химические свойства цинка
Цинк Zn находится в IIБ группе IV-го периода. Электронная конфигурация валентных орбиталей атомов химического элемента в основном состоянии 3d104s2. Для цинка возможна только одна единственная степень окисления, равная +2. Оксид цинка ZnO и гидроксид цинка Zn(ОН)2 обладают ярко выраженными амфотерными свойствами.
Цинк при хранении на воздухе тускнеет, покрываясь тонким слоем оксида ZnO. Особенно легко окисление протекает при высокой влажности и в присутствии углекислого газа вследствие протекания реакции:
2Zn + H2O + O2 + CO2 → Zn2(OH)2CO3
Пар цинка горит на воздухе, а тонкая полоска цинка после накаливания в пламени горелки сгорает в нем зеленоватым пламенем:
При нагревании металлический цинк также взаимодействует с галогенами, серой, фосфором:
С водородом, азотом, углеродом, кремнием и бором цинк непосредственно не реагирует.
Цинк реагирует с кислотами-неокислителями с выделением водорода:
Особенно легко растворяется в кислотах технический цинк, поскольку содержит в себе примеси других менее активных металлов, в частности, кадмия и меди. Высокочистый цинк по определенным причинам устойчив к воздействию кислот. Для того чтобы ускорить реакцию, образец цинка высокой степени чистоты приводят в соприкосновение с медью или добавляют в раствор кислоты немного соли меди.
При температуре 800-900oC (красное каление) металлический цинк, находясь в расплавленном состоянии, взаимодействует с перегретым водяным паром, выделяя из него водород:
Цинк реагирует также и с кислотами-окислителями: серной концентрированной и азотной.
Цинк как активный металл может образовывать с концентрированной серной кислотой сернистый газ, элементарную серу и даже сероводород.
Состав продуктов восстановления азотной кислоты определяется концентрацией раствора:
4Zn + 10HNO3(0,5%) = 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O
На направление протекания процесса влияют также температура, количество кислоты, чистота металла, время проведения реакции.
Цинк реагирует с растворами щелочей, при этом образуются тетрагидроксоцинкаты и водород:
С безводными щелочами цинк при сплавлении образует цинкаты и водород:
В сильнощелочной среде цинк является крайне сильным восстановителем, способным восстанавливать азот в нитратах и нитритах до аммиака:
Благодаря комплексообразованию цинк медленно растворяется в растворе аммиака, восстанавливая водород:
Также цинк восстанавливает менее активные металлы (правее него в ряду активности) из водных растворов их солей:
Zn + CuCl2 = Cu + ZnCl2
Zn + FeSO4 = Fe + ZnSO4
Химические свойства железа
Железо Fe, химический элемент, находящийся в VIIIB группе и имеющий порядковый номер 26 в таблице Менделеева. Распределение электронов в атоме железа следующее 26Fe1s22s22p63s23p63d64s2, то есть железо относится к d-элементам, поскольку заполняемым в его случае является d-подуровень. Для него наиболее характерны две степени окисления +2 и +3. У оксида FeO и гидроксида Fe(OH)2 преобладают основные свойства, у оксида Fe2O3 и гидроксида Fe(OH)3 заметно выражены амфотерные. Так оксид и гидроксид железа (lll) в некоторой степени растворяются при кипячении в концентрированных растворах щелочей, а также реагируют с безводными щелочами при сплавлении. Следует отметить что степень окисления железа +2 весьма неустойчива, и легко переходит в степень окисления +3. Также известны соединения железа в редкой степени окисления +6 – ферраты, соли не существующей «железной кислоты» H2FeO4. Указанные соединения относительно устойчивы лишь в твердом состоянии, либо в сильнощелочных растворах. При недостаточной щелочности среды ферраты довольно быстро окисляют даже воду, выделяя из нее кислород.
Взаимодействие с простыми веществами
С кислородом
При сгорании в чистом кислороде железо образует, так называемую, железную окалину, имеющую формулу Fe3O4 и фактически представляющую собой смешанный оксид, состав которого условно можно представить формулой FeO∙Fe2O3. Реакция горения железа имеет вид:
3Fe + 2O2 =to=> Fe3O4
С серой
При нагревании железо реагирует с серой, образуя сульфид двухвалентого железа:
Fe + S =to=> FeS
Либо же при избытке серы дисульфид железа:
Fe + 2S =to=> FeS2
С галогенами
Всеми галогенами кроме йода металлическое железо окисляется до степени окисления +3, образуя галогениды железа (lll):
2Fe + 3F2 =to=> 2FeF3 – фторид железа (lll)
2Fe + 3Cl2 =to=> 2FeCl3 – хлорид железа (lll)
2Fe + 3Br2 =to=> 2FeBr3 – бромид железа (lll)
Йод же, как наиболее слабый окислитель среди галогенов, окисляет железо лишь до степени окисления +2:
Fe + I2 =to=> FeI2 – йодид железа (ll)
Следует отметить, что соединения трехвалентного железа легко окисляют иодид-ионы в водном растворе до свободного йода I2 при этом восстанавливаясь до степени окисления +2. Примеры, подобных реакций из банка ФИПИ:
2FeCl3 + 2KI = 2FeCl2 + I2 + 2KCl
2Fe(OH)3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 6H2O
Fe2O3 + 6HI = 2FeI2 + I2 + 3H2O
С водородом
Железо с водородом не реагирует (с водородом из металлов реагируют только щелочные металлы и щелочноземельные):
Взаимодействие со сложными веществами
С кислотами-неокислителями
Так как железо расположено в ряду активности левее водорода, это значит, что оно способно вытеснять водород из кислот-неокислителей (почти все кислоты кроме H2SO4 (конц.) и HNO3 любой концентрации):
Нужно обратить внимание на такую уловку в заданиях ЕГЭ, как вопрос на тему того до какой степени окисления окислится железо при действии на него разбавленной и концентрированной соляной кислоты. Правильный ответ – до +2 в обоих случаях
Ловушка здесь заключается в интуитивном ожидании более глубокого окисления железа (до с.о. +3) в случае его взаимодействия с концентрированной соляной кислотой.
С концентрированными серной и азотной кислотами в обычных условиях железо не реагирует по причине пассивации. Однако, реагирует с ними при кипячении:
2Fe + 6H2SO4 = ot=> Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O
Fe + 6HNO3 =ot=> Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
Обратите внимание на то, что разбавленная серная кислота окисляет железо до степени окисления +2, а концентрированная до +3
Коррозия (ржавление) железа
На влажном воздухе железо весьма быстро подвергается ржавлению:
4Fe + 6H2O + 3O2 = 4Fe(OH)3
С водой в отсутствие кислорода железо не реагирует ни в обычных условиях, ни при кипячении. Реакция с водой протекает лишь при температуре выше температуры красного каления (>800 оС). т.е.:
Химические свойства хрома
Хром — элемент VIB группы таблицы Менделеева. Электронная конфигурация атома хрома записывается как 1s 22s 22p 63s 23p63d54s1, т.е. в случае хрома, также как и в случае атома меди, наблюдается так называемый «проскок электрона»
Наиболее часто проявляемыми степенями окисления хрома являются значения +2, +3 и +6. Их следует запомнить, и в рамках программы ЕГЭ по химии можно считать, что других степеней окисления хром не имеет.
При обычных условиях хром устойчив к коррозии как на воздухе, так и в воде.
Взаимодействие с неметаллами
с кислородом
Раскаленный до температуры более 600 oС порошкообразный металлический хром сгорает в чистом кислороде образуя окcид хрома (III):
4Cr + 3O2 =ot=> 2Cr2O3
с галогенами
С хлором и фтором хром реагирует при более низких температурах, чем с кислородом (250 и 300 oC соответственно):
2Cr + 3F2 =ot=> 2CrF3
2Cr + 3Cl2 =ot=> 2CrCl3
С бромом же хром реагирует при температуре красного каления (850-900 oC):
2Cr + 3Br2 =ot=> 2CrBr3
С азотом металлический хром взаимодействует при температурах более 1000 oС:
2Cr + N2 =ot=> 2CrN
с серой
С серой хром может образовывать как сульфид хрома (II) так и сульфид хрома (III), что зависит от пропорций серы и хрома:
Cr + S =ot=> CrS
2Cr + 3S =ot=> Cr2S3
С водородом хром не реагирует.
Взаимодействие со сложными веществами
Взаимодействие с водой
Хром относится к металлам средней активности (расположен в ряду активности металлов между алюминием и водородом). Это означает, что реакция протекает между раскаленным до красного каления хромом и перегретым водяным паром:
Взаимодействие с кислотами
Хром при обычных условиях пассивируется концентрированными серной и азотной кислотами, однако, растворяется в них при кипячении, при этом окисляясь до степени окисления +3:
В случае разбавленной азотной кислоты основным продуктом восстановления азота является простое вещество N2:
Хром расположен в ряду активности левее водорода, а это значит, что он способен выделять H2 из растворов кислот-неокислителей. В ходе таких реакций в отсутствие доступа кислорода воздуха образуются соли хрома (II):
При проведении же реакции на открытом воздухе, двухвалентный хром мгновенно окисляется содержащимся в воздухе кислородом до степени окисления +3. При этом, например, уравнение с соляной кислотой примет вид:
4Cr + 12HCl + 3O2 = 4CrCl3 + 6H2O
При сплавлении металлического хрома с сильными окислителями в присутствии щелочей хром окисляется до степени окисления +6, образуя хроматы:
Задания
§1. Окислительно-восстановительные реакции
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
§2. Тепловые эффекты химических реакций
2
3
4
§3. Скорость химических реакций
1
2
3
4
Тестовые задания
§4. Практическая работа 1. Изучение влияния условий проведения химической реакции на её скорость
Практическая работа 1
§5. Обратимые реакций. Понятие о химическом равновесии
2
3
Тестовые задания
§6. Сущность процесса электролитической диссоциации
1
2
3
4
§7. Диссоциация кислот, оснований и солей
1
2
3
Тестовые задания
§8. Слабые и сильные электролиты. Степень диссоциации
1
2
3
4
Тестовые задания
§9. Реакции ионного обмена
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§10. Гидролиз солей
1
2
3
Тестовые задания
§11. Практическая работа 2. Решение экспериментальных задач по теме «Свойства кислот, оснований и солей как электролитов»
Практическая работа 2
§12. Характеристика галогенов
1
2
3
4
5
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§13. Хлор
1
2
3
4
5
6
7
Тестовые задания
§14. Хлороводород: получение и свойства
1
2
3
§15. Соляная кислота и её соли
1
2
3
4
Тестовые задания
§16. Практическая работа 3. Получение соляной кислоты и изучение ее свойств
Практическая работа 3
§17. Характеристика кислорода и серы
1
2
3
4
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§18. Свойства и применение серы
1
2
3
Тестовые задания
§19. Сероводород. Сульфиды
1
2
3
4
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§20. Оксид серы(IV). Сернистая кислота
1
2
4
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§21. Оксид серы(VI). Серная кислота
1
2
3
4
5
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§22. Практическая работа 4. Решение экспериментальных задач по теме «Кислород и сера»
Практическая работа 4
§23. Характеристика азота и фосфора. Физические и химические свойства азота
1
2
3
§24. Аммиак
1
2
3
Тестовые задания
§25. Практическая работа 5. Получение аммиака и изучение его свойств
Практическая работа 5
§26. Соли аммония
1
2
3
4
5
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§27. Азотная кислота
1
2
3
4
5
7
Тестовые задания
§28. Соли азотной кислоты
1
2
3
§29. Фосфор
1
2
3
4
Тестовые задания
§30. Оксид фосфора(V). Фосфорная кислота и её соли
1
2
3
4
§31. Характеристика углерода и кремния. Аллотропия углерода
1
2
3
§32. Химические свойства углерода. Адсорбция
1
2
3
4
5
6
7
Тестовые задания
§33. Оксид углерода(II) — угарный газ
1
2
3
Тестовые задания
§34. Оксид углерода(IV) — углекислый газ
1
2
3
4
Лабораторный опыт
§35. Угольная кислота и её соли. Круговорот углерода в природе
1
2
3
4
5
6
7
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§36. Практическая работа 6. Получение оксида углерода(IV) и изучение его свойств. Распознавание карбонатов
Практическая работа 6
§37. Кремний. Оксид кремния(IV)
1
2
3
Тестовые задания
§38. Кремниевая кислота и её соли. Стекло. Цемент
1
2
3
4
§39. Характеристика металлов
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
§40. Нахождение метилов в природе и общие способы их получения
1
2
3
§41. Химические свойства металлов. Электрохимический ряд напряжений металлов
1
2
3
Лабораторный опыт
§42. Сплавы
1
2
3
§43. Щелочные металлы
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
§44. Магний. Щелочноземельные металлы
1
2
3
4
5
Тестовые задания
§45. Важнейшие соединения кальция. Жёсткость воды
1
2
3
4
5
Тестовые задания
Лабораторный опыт
§46. Алюминий
1
2
3
4
5
6
7
8
Тестовые задания
§47. Важнейшие соединения алюминия
1
2
3
4
5
Лабораторный опыт
§48. Железо
1
2
3
4
Тестовые задания
§49. Соединения железа
1
2
3
4
Тестовые задания
§50. Практическая работа 7. Решение экспериментальных задач по теме «Металлы»
Практическая работа 7
§51. Органическая химия
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
§52. Предельные (насыщенные) углеводороды
1
2
3
4
Тестовые задания
§53. Непредельные (ненасыщенные) углеводороды
1
2
3
4
5
§54. Полимеры
1
2
§55. Производные углеводородов. Спирты
1
2
3
Тестовые задания
§56. Карбоновые кислоты. Сложные эфиры. Жиры
1
2
3
4
5
6
Тестовые задания
§57. Углеводы
1
2
3
§58. Аминокислоты. Белки
1
2
3
4
5