1. Цинк: получение, физические и химические свойства, применение простого вещества и его соединений. Амфотерные свойства оксида и гидроксида цинка. 2. Расчет по уравнению массы продукта реакции, если одно из реагирующих веществ дано в виде раствора с определенной массовой долей растворенного вещества.

Экзаменационный билет № 29

1. Цинк: получение, физические и химические свойства, применение простого вещества и его соединений. Амфотерные свойства оксида и гидроксида цинка.

Получение цинка:

• В промышленности: Основные методы получения цинка — это пирометаллургический (обжиг цинковых руд с последующим восстановлением угля при высокой температуре и последующей дистилляцией) и электролитический (электролиз растворов солей цинка).

Физические свойства цинка:

• Цинк — это легкий, серебристо-белый металл.


• Он хрупкий при обычных температурах, но пластичный при 100-150 °C.


• Температура плавления — 419,5 °C, температура кипения — 907 °C.


• Цинк обладает хорошей электропроводностью.

Химические свойства цинка:

• Взаимодействие с неметаллами: Цинк реагирует с кислородом (образуя оксид цинка ZnO), серой (образуя сульфид цинка ZnS), галогенами.


• Взаимодействие с кислотами: Цинк вытесняет водород из разбавленных растворов сильных кислот (HCl, H₂SO₄), образуя соответствующие соли и водород.


• Взаимодействие с щелочами: Цинк реагирует с растворами щелочей, образуя гидроксоцинкаты.


• Взаимодействие с растворами солей: Цинк вытесняет менее активные металлы из растворов их солей (например, медь из CuSO₄).


• Коррозия: Цинк склонен к электрохимической коррозии, поэтому его используют для защиты стали от ржавчины (оцинковка).

Применение цинка:

• Защита от коррозии: Оцинковка стали — основное применение цинка.


• Производство сплавов: Цинк входит в состав латуни (сплав меди и цинка), бронзы, а также сплавов для литья.


• Производство батарей: Цинк используется в сухих элементах питания.


• Производство красок и пигментов: Оксид цинка (ZnO) используется в производстве красок, резины, косметики.

Амфотерные свойства оксида и гидроксида цинка:

• Оксид цинка (ZnO): Это белое порошкообразное вещество, нерастворимое в воде. ZnO проявляет амфотерные свойства: реагирует как с кислотами, так и с щелочами.


• С кислотами: \( \text{ZnO} + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + \text{H}_2\text{O} \)


• С щелочами (в расплаве или концентрированных растворах): \( \text{ZnO} + 2\text{NaOH} + \text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{Na}_2[\text{Zn(OH)}_4] \) (образование гидроксоцинката натрия)


• Гидроксид цинка (Zn(OH)₂): Это белый аморфный осадок, нерастворимый в воде. Zn(OH)₂ также проявляет амфотерные свойства.


• С кислотами: \( \text{Zn(OH)}_2 + 2\text{HCl} \rightarrow \text{ZnCl}_2 + 2\text{H}_2\text{O} \)


• С щелочами: \( \text{Zn(OH)}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2[\text{Zn(OH)}_4] \) (образование гидроксоцинката натрия)

2. Расчет по уравнению массы продукта реакции, если одно из реагирующих веществ дано в виде раствора с определенной массовой долей растворенного вещества.

Для решения таких задач необходимо выполнить следующие шаги:

1. Записать уравнение реакции: Убедитесь, что уравнение реакции сбалансировано.


2. Определить известное и неизвестное: Выясните, какие вещества и в каком количестве даны, и что нужно найти.


3. Рассчитать массу чистого вещества: Если одно из реагирующих веществ дано в виде раствора, необходимо рассчитать массу чистого растворенного вещества по формуле:
   \( m_{\text{вещества}} = m_{\text{раствора}} \times w \)
   где \( m_{\text{вещества}} \) — масса чистого вещества, \( m_{\text{раствора}} \) — масса раствора, \( w \) — массовая доля растворенного вещества (в десятичной форме).
   


4. Рассчитать количество вещества (моль): Используя молярную массу найденного вещества, рассчитайте количество молей.
   \( \nu = \frac{m}{M} \)
   где \( \nu \) — количество вещества (моль), \( m \) — масса вещества (г), \( M \) — молярная масса вещества (г/моль).
   


5. Определить количество вещества продукта реакции: Используя стехиометрические коэффициенты из уравнения реакции, определите количество молей продукта реакции.


6. Рассчитать массу продукта реакции: Используя молярную массу продукта реакции, рассчитайте его массу.
   \( m_{\text{продукта}} = \nu_{\text{продукта}} \times M_{\text{продукта}} \)
   

Пример:

Найдите массу сульфата меди(II) (CuSO₄), который образуется при взаимодействии 100 г 20% раствора сульфата железа(II) (FeSO₄) с избытком раствора сульфата меди(II). (Примем, что реакция идет по типу замещения, но приведем пример с другим видом реакции для демонстрации расчета.)

Решение:

1. Уравнение реакции:
   \( \text{FeSO}_4 + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu} \) -- это неверная реакция, так как железо не вытесняет медь из растворов солей. Правильный пример: взаимодействие железа с раствором сульфата меди(II):
   \( \text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu} \)
   Предположим, что у нас есть 80 г 10% раствора сульфата железа(II) и мы хотим найти массу железа, которое прореагирует.
   


2. Известно: масса раствора FeSO₄ = 80 г, массовая доля FeSO₄ = 10% (0.1).
   Неизвестно: масса железа (Fe), которое прореагирует.
   


3. Масса чистого FeSO₄:
   \( m_{\text{FeSO}_4} = 80 \text{ г} \times 0.1 = 8 \text{ г} \)
   


4. Количество вещества FeSO₄:
   Молярная масса FeSO₄ = 55.8 + 32.1 + 4*16 = 151.9 г/моль.
   \( \nu_{\text{FeSO}_4} = \frac{8 \text{ г}}{151.9 \text{ г/моль}} \approx 0.0527 \text{ моль} \)
   


5. Количество вещества Fe:
   По уравнению реакции, коэффициент перед Fe и FeSO₄ — 1:1. Значит, \( \nu_{\text{Fe}} = \nu_{\text{FeSO}_4} \approx 0.0527 \text{ моль} \)
   


6. Масса Fe:
   Молярная масса Fe = 55.8 г/моль.
   \( m_{\text{Fe}} = 0.0527 \text{ моль} \times 55.8 \text{ г/моль} \approx 2.94 \text{ г} \)
   

Ответ: При взаимодействии 80 г 10% раствора сульфата железа(II) прореагирует примерно 2.94 г железа.