Алюминий и цинк
EL Учебник по ЕГЭ

Наш учебник поможет готовится к контрошам, решать домашки, а также подготовиться
к ЕГЭ на 90+ без дополнительного поиска информации.

Вернуться ко всем темам
68

Алюминий и цинк

Переходим к рассмотрению химии амфотерных металлов, первые представители Zn и Al очень похожи друг на друга, поэтому рассмотрим их вместе:

  • Zn находится во побочной подгруппе второй группы, имеет конфигурацию валентных электронов 3d104s2 (внешними считаются только 4s2), поэтому характерные степени окисления цинка: 0, +2;
  • Al находится в главной подгруппе третьей группы, имеет конфигурацию валентных электронов 3s23p1, поэтому характерные степени окисления: 0, +3.

Вообще говоря, термин амфотерные металлы немного жаргонный, имеется в виду, что Zn и Al соответствуют амфотерным гидроксидам Zn(OH)2 и Al(OH)3 соответственно.

Химические свойства цинка и алюминия в металлическом состоянии

  • Реакции с растворами и расплавами щёлочей

Цинк и алюминий в металлическом виде растворяются в растворах щёлочей, давая гидроксокомплексы:

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2

Реклама

(в данных реакциях окислителем выступает H+1 из щёлочи и из воды)

В расплавах щёлочей (когда щёлочь берётся в твёрдом виде при нагревании) образуются соответствующие цинкаты и алюминаты:

Zn + 2NaOH = Na2ZnO2 + H2

2Al + 6NaOH = 2NaAlO2 + 2Na2O +3H2

(Na2O – единственный возможный продукт для уравнивания реакции по числу натрия, так как он прочный за счёт ионной решётки)

Поскольку соответствующие гидроксокомплексы при нагревании распадаются (термическое разложение гидроксокомплексов):

Na2[Zn(OH)4] = Na2ZnO2 + 2H2O

Na[Al(OH)4] = NaAlO2 + 2H2O

Это общее правило: с растворами щёлочей будут образовываться тетрагидроксоалюминаты и тетрагидроксоцинкаты, с расплавами щёлочей цинкаты и алюминаты.

Интересно также отметить, что цинк и алюминий как активные металлы реагируют с водой при нагревании:

2Al + 6H2O = 2Al(OH)3 + 3H2

Zn + H2O = ZnO + H2

  • Реакции с кислотами

Раз металлы амфотерные, то они должны реагировать не только с щёлочами, но и с кислотами. Алюминий и цинк стоят в ряду напряжений  левее H, поэтому с кислотами-неокислителями реакции идут обычным образом:

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

По аналогичной причине цинк и алюминий могут реагировать с растворами солей, содержащих менее активный металл:

Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu

Аналогично всё обстоит с кислотами-окислителями:

Al + 6HNO3 (конц) = Al(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O

(идёт только при нагревании)

Однако с концентрированными азотной и серной кислотой в случае алюминия есть нюанс. При попытке окислить при комнатной температуре (в обычных условиях) алюминий концентрированными H2SO4 и HNO3 реакция не пойдёт. Это связано с образованием на поверхности алюминия труднорастворимой оксидной плёнки Al2O3, которая и тормозит реакцию. Это явление получило название эффекта пассивации.

  • Реакции металлотермии

Алюминий и цинк можно использовать для восстановления металлов в оксидах:

2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe

Zn + CuO = ZnO + CuO

  • Реакции с неметаллами

Алюминий и цинк реагируют практически со всеми неметаллами кроме N2, H2, например:

Zn + S = ZnS

2Al + 3Cl2 = 2AlCl3

Химические свойства оксидов, гидроксидов алюминия и цинка, а также солей алюминия

Оксиды алюминия и цинка Al2O3, ZnO, как и соответствующие гидроксиды Al(OH)3, Zn(OH)2 амфотерны, что обеспечивает их реакцию как с щёлочами, так и с кислотами:

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

(растворение в сильной кислоте)

Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4]

(растворение в растворе щёлочи)

Zn(OH)2 + 2KOH = K2[Zn(OH)4]

(растворение в растворе щёлочи)

ZnO + Na2O = Na2ZnO2

(сплавление с основным оксидом щелочного металла)

Оксиды цинка и алюминия можно восстанавливать с помощью хороших восстановителей:

ZnO + CO = Zn + CO2

В случае алюминия можно использовать хорошо известный метод электролиза оксида алюминия в криолите, в ходе которого на катоде восстанавливается Al+3 до алюминия в металлическом состоянии:

2Al2O3 = 4Al +3O2

Оксиды получаются из гидроксидов с помощью реакций термического разложения:

Zn(OH)2 = ZnO + H2O

2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

При действии на соли алюминия, цинка раствором щёлочи в недостатке можно получить осадки соответствующих гидроксидов:

AlCl3 + 3NaOH = Al(OH)3 + 3NaCl

(щёлочь берётся в недостатке)

В избытке щёлочи осадок растворяется и образуется раствор:

AlCl3 + 4NaOH = Na[Al(OH)4] + 3NaCl

(щёлочь берётся в избытке)

Данные гидроксокомплексы можно разрушить действием как сильных (H2SO4, HNO3, HCl), так и слабых кислот (CO2 + H2O, H2S). Например:

Na2[Zn(OH)4] + 2H2S = ZnS + Na2S (или NaHS) + 4H2O

(сероводород берётся в избытке)

2Na[Al(OH)4] + H2S = Na2S (или NaHS)  + 2Al(OH)3 + 2H2O

(сероводород берётся в избытке в случае образования NaHS)

Na[Al(OH)4] + 4HCl = NaCl + AlCl3 + 4H2O

(соляная кислота берётся в избытке)

Na2[Zn(OH)4] + 2HCl = Zn(OH)2 + 2NaCl + 2H2O

(соляная кислота берётся в недостатке)


Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №6 (первая тестовая часть)

В одну из пробирок с раствором гидроксида натрия, добавили твёрдое нерастворимое вещество X, а к другой — раствор Y. В первой пробирке произошло растворение осадка, а во второй реакция протекла согласно ионному уравнению. 

NH4+ + OH = NH3 + H2O

Из предложенного перечня выберите вещества Х и Y, которые могут вступать в описанные реакции.

  1. Zn(OH)2
  2. FeCO3
  3. CH3COONH4
  4. NaCl
  5. NH3 (p-p)
Ответ

13

Задание 2. Задача № 8 (первая тестовая часть)

Установите соответствие между реагирующими веществами и продуктом(-ами), который(-е) образуется(-ются) при взаимодействии этих веществ: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

РЕАГИРУЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА                  ПРОДУКТ(-Ы) РЕАКЦИИ

А) AlCl3 + Na2S (р-р)                                1) Al(OH)3 и NaCl

Б) FeCl3 + Na2S (р-р)                               2) Na[Al(OH)4] и NaCl

В) CuCl2 + NaOH(р-р)                             3) Fe(OH)3, H2S и NaCl

Г) AlCl3 + NaOH (изб)                              4) FeS, S и NaCl

                                                                  5) Al(OH)3, H2S и NaCl

                                                                  6) Cu(OH)2 и NaCl

Ответ

5462

Задание 3. Задача № 31 (вторая открытая часть)

Навеску, содержащую металлические цинк и алюминий, растворили в необходимом количестве щёлочи, наблюдая образование раствора и выделение горючего газа. Через полученный раствор пропустили избыток сероводорода, фиксируя выпадение осадка. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Ответ
  1. Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2
  2. 2Al + 2NaOH + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2
  3. Na2[Zn(OH)4] + 2H2S = ZnS + Na2S (или NaHS) + 4H2O
  4. 2Na[Al(OH)4] + H2S = Na2S (или NaHS) + 2Al(OH)3 + 2H2O

Определения:

  1. Амфотерность – явление, которое подразумевает проявление у соединения кислотных и основных свойств одновременно. Примеры амфотерных соединений: гидроксиды Be(OH)2, Al(OH)3; оксиды ZnO, Fe2O3; интересным примером выступают аминокислоты, сочетающие в своей структуре кислотную карбоксильную группу и основную амино-группу (аминокислоты ещё называют амфолитами).
  2. Термин «амфотерные металлы» используется, поскольку формально по реакциям, что алюминий, что цинк реагируют с кислотами и щёлочами.
  3. Пассивация – явление покрытия поверхности некоторых металлов Al, Cr, Fe, Ni соответствующей оксидной плёнкой, не дающей реагировать им с концентрированными кислотами-окислителями в обычных условиях (без нагревания).
  4. Металлотермия – процесс восстановления оксидов активным металлом, например алюмотермия суть реакция 2Al + Fe2O3 = Al2O3 + 2Fe.
  5. Криолит – тривиальное название комплексного фторида гексафторидоалюмината натрия Na3[AlF6].

Обратная связь

Была ли эта статья тебе полезной?
Всё ли было понятно? Оставляй обратную связь, мы это ценим

Главная / Химия / Переходные элементы

Начните подготовку к ЕГЭ на 90+ с нами

Обязательно заполните все поля, иначе мы не сможем точно подобрать подготовкуу



    Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь на условия обработки данных