ДЖЕКПОТ!

По промокоду «ТОПОР» скидка 777 рублей на подготовку —

только 2 дня!
Не пропусти!

    Оставь заявку и мы свяжемся с тобой в течение 15 минут



    Посмотреть тарифы

    Нажимая "узнать подробности" вы соглашаетесь с политикой обработки персональных данных*

    Учебник-помощник для ЕГЭ и ОГЭ

    Не трать свое время на поиски нужной инфы, пользуйся нашим учебником.

    Вернуться ко всем темам
    633

    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

    Главная страница - прикрепленная фотография номер 7 - EL

    (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

    Хочешь сдать экзамены на высокие баллы?

    Тогда заполняй все поля и жди сообщения от нашего менеджера из отдела заботы

      Оставь заявку и мы свяжемся с тобой в течение 15 минут



      Посмотреть тарифы

      Нажимая "узнать подробности" вы соглашаетесь с политикой обработки персональных данных*

      подготовка к егэ подготовка к егэ подготовка к егэ

      Есть вопросы?

      Напиши любой вопрос о подготовке, и мы свяжемся с тобой, чтобы ответить и помочь!



        Нажимая на кнопку, вы принимаете политику обработки данных и даёте согласие на обработку персональных данных