Вспомните какими химическими свойствами обладают оксиды и гидроксиды цинка
Цинк – элемент IIБ подгруппы четвертого периода. Цинк относится к семейству d-элементов, поскольку электронное строение цинка отражается конфигурацией (см.рис. справа).
Конфигурация $d^{10}$ является устойчивой, и в образовании химической связи участвуют лишь внешние электроны $4s$-подуровня, поэтому характерная степень окисления цинка- (+2).
Нахождение в природе
В природе встречается только в виде соединений, важнейшим из которых является цинковая обманка. Основной компонент цинковой обманки – сульфид цинка ZnS, а разнообразные примеси придают этому веществу всевозможные цвета. Видимо, за это минерал и называют обманкой. Цинковую обманку считают первичным минералом, из которого образовались другие минералы цинка:
смитсонит (цинковый шпат) $ZnCO3$;
цинкит $ZnO$;
каламин $2ZnO cdot SiO_2 cdot Н_2O$.
Получение цинка
Выделение цинка начинается с концентрирования руды методами седиментации (осаждение) или флотации (прилипание к пузырькам воздуха и всплывание в виде пены), затем ее обжигают до образования оксидов:
$2ZnS + 3O_2 = 2ZnO + 2SO_2$
Оксид цинка перерабатывают электролитическим методом или восстанавливают коксом. В первом случае цинк выщелачивают из сырого оксида разбавленным раствором серной кислоты, примесь кадмия осаждают цинковой пылью и раствор сульфата цинка подвергают электролизу. Металл 99,95%-ной чистоты осаждается на алюминиевых катодах.
Физические свойства
В чистом виде – довольно пластичный серебристо-белый металл. При комнатной температуре хрупок, при сгибании пластинки слышен треск от трения кристаллитов (обычно сильнее, чем “крик олова”). При 100-150 °C цинк пластичен. Примеси, даже незначительные, резко увеличивают хрупкость цинка. Температура плавления – 692°C, температура кипения – 1180°C
Химические свойства
Цинк – химически активный металл, обладает выраженными восстановительными свойствами, по активности уступает щелочно-земельным металлам. Проявляет амфотерные свойства. Так же как и хром, используется для нанесения антикоррозионных покрытий (“цинкование” кузова автомобиля).
1.Взаимодействие с неметаллами
При сильном нагревании на воздухе сгорает ярким голубоватым пламенем с образованием оксида цинка:
$2Zn + O_2 xrightarrow[]{t, ^circ C} 2ZnO$
При поджигании энергично реагирует с серой:
$Zn + S = ZnS$
С галогенами реагирует при обычных условиях в присутствии паров воды в качестве катализатора:
$Zn + Cl_2 xrightarrow[]{H_2O} ZnCl_2$
При действии паров фосфора на цинк образуются фосфиды:
$3Zn + 2P = Zn_3P_2$
С водородом, азотом, бором, кремнием, углеродом цинк не взаимодействует.
2. Взаимодействие с водой
Реагирует с парами воды при температуре красного каления с образованием оксида цинка и водорода:
$Zn + H_2O xrightarrow[]{t, ^circ C} ZnO + H_2uparrow$
3. Взаимодействие с кислотами
В электрохимическом ряду напряжений металлов цинк находится до водорода и вытесняет его из неокисляющих кислот:
$Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2uparrow$
$Zn + H_2SO_4 = ZnSO_4 + H_2uparrow$
Взаимодействует с разбавленной азотной кислотой, образуя нитрат цинка и нитрат аммония (или азот $N_2$ или веселящий газ$N_2O$ в зависимости от концентрации кислоты):
$4Zn + 10HNO_{3textrm{ (разб., гор.)}}= 4Zn(NO_3)_2 + N_2Ouparrow + 5H_2O$
$4Zn + 10HNO_{3textrm{ (оч.разб., гор.)}} = 4Zn(NO_3)_2 + NH_4NO_3 + 3H_2O$
Реагирует с концентрированными серной и азотной кислотами с образованием соли цинка и продуктов восстановления кислот:
$Zn + 2H2SO_{4textrm{ (конц.)}} = ZnSO_4 + SO_2uparrow + 2H_2O$
$Zn + 4HNO_{4textrm{ (конц.)}} = Zn(NO_3)_2 + 2NO_2uparrow + 2H_2O$
4. Взаимодействие со щелочами
Реагирует с растворами щелочей с образованием растворимых гидроксокомплексов:
$Zn + 2NaOH + 2H_2O = Na_2[Zn(OH)_4] + H_2$
при сплавлении образует цинкаты:
$Zn + 2KOH = K_2ZnO_2 + H_2$
5. Взаимодействие с оксидами и солями
Цинк вытесняет металлы, стоящие в ряду напряжения правее него, из растворов солей и оксидов:
$Zn + CuSO_4 = Cu + ZnSO_4$
$Zn + CuO = Cu + ZnO$
6. Взаимодействие с аммиаком
С газообразным аммиаком при высокой температуре образует нитрид цинка:
$3Zn + 2NH_{3 textrm{(г.)}} xrightarrow[]{550-600 ^circ C} Zn_3N_2 + 3H_2$
В водном растворе аммиака цинк растворяется с образованием гидроксида тетраамминцинка:
$Zn + 4NH_3 + 2H_2O = [Zn(NH_3)_4](OH)_2 + H_2$
Соединения цинка
Оксид цинка (II)
Оксид цинка (II) ZnO – белые кристаллы, при нагревании приобретают желтую окраску.
При температуре выше $1000^0C$ восстанавливается до металлического цинка типичными восстановителями (углеродом, угарным газом и водородом):
$ZnO + C = Zn + CO$
$ZnO + CO = Zn + CO_2$
$ZnO + H_2 = Zn + H_2O$
С водой не взаимодействует. Проявляет амфотерные свойства, реагирует с растворами кислот и щелочей:
$ZnO + 2HCl = ZnCl_2 + H2O$
$ZnO + 2NaOH + H_2O = Na_2[Zn(OH)_4]$
При сплавлении с щелочами (и основными окисдами) образует цинкаты:
$ZnO + 2NaOH xrightarrow[]{t, ^circ C} Na_2ZnO_2$
$ZnO + CaO = CaZnO_2$
При взаимодействии с оксидами неметаллов образует соли, где является катионом:
$2ZnO + SiO2 = Zn_2SiO_4$
$ZnO + B_2O_3 = Zn(BO_2)_2$
Гидроксид цинка (II)
Гидроксид цинка $Zn(OH)_2$ – бесцветное кристаллическое или аморфное вещество, существует в пяти полиморфных модификациях, нерастворимо в воде. Получают взаимодействием солей цинка с растворами щелочей: при этом гидроксид цинка выпадает в виде желеообразного белого осадка.
При температуре выше $125^0C$ разлагается:
$Zn(OH)_2 = ZnO + H_2O$
Гидроксид цинка проявляет амфотерные свойства, легко растворяется в кислотах и щелочах:
$Zn(OH)_2 + H_2SO_4 = ZnSO_4 + 2H_2O$
$Zn(OH)_2 + 2NaOH = Na_2[Zn(OH)_4]$
также легко растворяется в водном растворе аммиака с образованием гидроксида тетраамминцинка:
$Zn(OH)_2 + 4NH_3 = [Zn(NH_3)_4](OH)_2$
Источник
Оксид цинка – неорганическое вещество, имеет химическую формулу ZnO.
Краткая характеристика оксида цинка:
Оксид цинка – неорганическое вещество белого цвета.
Так как валентность цинка равна двум, то оксид цинка содержит один атом кислорода и один атом цинка.
Химическая формула оксида цинка ZnO.
При нагревании желтеет. При температуре 1800 оС сублимируется.
В воде не растворяется.
Оксид цинка относится к малотоксичным веществам. Его пыль вредна для органов дыхания.
Физические свойства оксида цинка:
| Наименование параметра: | Значение: |
| Химическая формула | ZnO |
| Синонимы и названия иностранном языке | zinc oxide (англ.) цинкит (рус.) цинковые белила (рус.) |
| Тип вещества | неорганическое |
| Внешний вид | белые гексагональные кристаллы |
| Цвет | белый |
| Вкус | —* |
| Запах | — |
| Агрегатное состояние (при 20 °C и атмосферном давлении 1 атм.) | твердое вещество |
| Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), кг/м3 | 5610 |
| Плотность (состояние вещества – твердое вещество, при 20 °C), г/см3 | 5,61 |
| Температура сублимации, °C | 1800 |
| Температура плавления, °C | 1975 |
| Молярная масса, г/моль | 81,408 |
| Теплопроводность, Вт/(м·К) | 54 |
* Примечание:
— нет данных.
Получение оксида цинка:
В природе встречается в виде минерала цинкита, который практически полностью состоит из оксида цинка.
Оксид цинка также получают в результате следующих химических реакций:
- 1. сжиганием цинка в кислороде:
2Zn + О2 → 2ZnО (t > 250 oC).
- 2. путем термического разложения гидроксида цинка:
Zn(OH)2 → ZnO + H2О (t = 100-250 oC).
- 3. путем термического разложения карбоната цинка:
ZnCO3 → ZnO + CO2 (t = 200-300 oC).
- 4. путем термического разложения нитрата цинка:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2 (t = 300-500 oC).
- 5. путем окислительного обжига сульфида цинка:
2ZnS + 3O2 → 2ZnO + 2SO2 (t = 800-1000 oC).
- 6. путем термического разложения ацетата цинка.
Химические свойства оксида цинка. Химические реакции оксида цинка:
Оксид цинка относится к амфотерным оксидам. Он проявляет в зависимости от условий либо основные, либо кислотные свойства.
Химические свойства оксида цинка аналогичны свойствам амфотерных оксидов других металлов. Поэтому для него характерны следующие химические реакции:
1. реакция оксида цинка с углеродом:
ZnO + C → Zn + CO (t = 1200-1300 oC).
В результате реакции образуется цинк и оксид углерода (II). Таким образом, цинк восстанавливается из оксида цинка коксом или углем при температуре 1200-1300 oC.
2. реакция оксида цинка с оксидом кремния:
ZnО + SiО2 → ZnSiО3 (t = 1200-1400 oC),
2ZnО + SiО2 → Zn2SiО4 (t = 900-1000 oC).
Оксид кремния является кислотным оксидом. В результате реакции в первом случае образуется соль – метасиликат цинка, во втором – ортосиликат цинка.
3. реакция оксида цинка с оксидом серы:
ZnО + SО2 → ZnSО3.
Оксид серы является кислотным оксидом. В результате реакции образуется соль – сульфит цинка.
4. реакция оксида цинка с оксидом бора:
ZnО + B2О3 → Zn(BО2)2.
В результате реакции образуется соль – борат цинка.
5. реакция оксида цинка с оксидом углерода:
ZnО + СО → Zn + CO2 (t = 700 oC).
В результате реакции образуется цинк и углекислый газ.
6. реакция оксида цинка с оксидом бария:
ZnО + BaО → BaZnО2 (t = 1100 oC).
В результате реакции образуется соль – цинкат бария.
7. реакция оксида цинка с оксидом хрома:
ZnО + CrО3 → ZnCrО4.
В результате реакции образуется соль – хромат цинка.
8. реакция оксида цинка с оксидом железа:
ZnО + Fe2О3 → Fe2ZnО4 (t = 800-1000 oC),
ZnО + Fe2О3 → ZnFe2О4 (t = 800-1000 oC).
В результате реакции образуется оксид железа-цинка.
9. реакция оксида цинка с оксидом молибдена:
ZnО + MoО3 → ZnMoО4.
В результате реакции образуется соль – молибдат цинка.
10. реакция оксида цинка с оксидом ванадия:
2ZnО + VО2 → Zn2VО4 (t = 1500-1700 oC).
В результате реакции образуется соль – тетраоксованадат цинка.
11. реакция оксида цинка с оксидом марганца:
3ZnО + MnО2 → MnZn3О5 (t = 700-800 oC),
ZnО + Mn2О3 → ZnMn2О4 (t = 900 oC).
В результате реакции образуется в первом случае – оксид марганца-трицинка, во втором – оксид марганца-цинка.
12. реакция оксида цинка с оксидом вольфрама:
ZnО + WО3 → ZnWО4 (t = 600-800 oC).
В результате реакции образуется соль – вольфрамат цинка.
13. реакция оксида цинка с сульфидом цинка:
2ZnO + ZnS → 3Zn + SO2.
В результате химической реакции получается цинк и оксид цинка.
14. реакция оксида цинка с хлоридом цинка и водой:
ZnO + ZnCl2 + H2O → 2Zn(OH)Cl (t = 100-130 oC).
В результате химической реакции получается быстро (2-3 минуты) твердеющая масса – хлорид-гидроксид цинка (т.н. цинковый цемент). Хлорид цинка – концентрированный раствор.
15. реакция оксида цинка с плавиковой кислотой:
ZnO + 2HF → ZnF2 + H2O.
В результате химической реакции получается соль – фторид цинка и вода.
16. реакция оксида цинка с азотной кислотой:
ZnO + 2HNO3 → 2Zn(NO3)2 + H2O.
В результате химической реакции получается соль – нитрат цинка и вода.
17. реакция оксида цинка с ортофосфорной кислотой:
3ZnO + 2H3PO4 → Zn3(PO4)2 + 3H2O.
В результате химической реакции получается соль – ортофосфат цинка и вода. Ортофосфорная кислота изначально растворена в воде.
Аналогично проходят реакции оксида цинка и с другими кислотами.
18. реакция оксида цинка с бромистым водородом (бромоводородом):
ZnO + 2HBr → ZnBr2 + H2O.
В результате химической реакции получается соль – бромид цинка и вода.
19. реакция оксида цинка с йодоводородом:
ZnO + 2HI → ZnI2 + H2O.
В результате химической реакции получается соль – йодид цинка и вода.
20. реакция оксида цинка с сероводородом:
ZnO + H2S → ZnS + H2O (t = 450-550 oC).
В результате химической реакции получается соль – сульфид цинка и вода.
21. реакция оксида цинка с гидроксидом натрия:
ZnO + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2O (t = 500-600 oC).
В результате химической реакции получается соль – цинкат натрия и вода.
22. реакция оксида цинка с гидроксидом натрия и водой:
ZnO + NaOH + H2O → Na[Zn(OН)3] (t = 100 oC),
ZnO + 2NaOH + H2O → Na2[Zn(OН)4] (t = 90 oC).
В результате химической реакции в первом случае получается тригидроксоцинкат натрия. Гидроксид натрия изначально растворен в воде. Раствор гидроксида натрия в воде 40 %. Реакция протекает при кипении.
В результате химической реакции во втором случае получается тригидроксоцинкат натрия. Гидроксид натрия изначально растворен в воде. Раствор гидроксида натрия в воде 60 %. Реакция протекает при температуре 90 oC.
23. реакция оксида цинка с гидратом аммиака:
ZnО + 4(NH3•H2O) → [Zn(NH3)4](OH)2 + 3H2O.
В результате реакции образуются гидроксид тетраамминцинка и вода. Гидрат аммиака – концентрированный раствор.
24. реакция оксида цинка с хлоридом аммония:
ZnО + 2NH4Cl → ZnCl2 + 2NH3 + H2O (t°).
В результате реакции образуются хлорид цинка, аммиак и вода.
Применение и использование оксида цинка:
Оксид цинка применяется в качестве наполнителя, компонента или катализатора в химической, фармацевтической, резинотехнической, лакокрасочной и нефтеперерабатывающей промышленности, в производстве стекла и керамики, а также медицине.
Ссылка на источник
Источник
Оксиды — это сложные вещества, состоящие из атомов двух элементов, один из которых — кислород со степенью окисления -2. При этом кислород связан только с менее электроотрицательным элементом.
В зависимости от второго элемента оксиды проявляют разные химические свойства. В школьном курсе оксиды традиционно делят на солеобразующие и несолеобразующие. Некоторые оксиды относят к солеобразным (двойным).
Двойные оксиды — это некоторые оксиды , образованные элементом с разными степенями окисления.
Солеобразующие оксиды делят на основные, амфотерные и кислотные.
Основные оксиды — это оксиды, обладающие характерными основными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степень окисления +1 и +2.
Кислотные оксиды — это оксиды, характеризующиеся кислотными свойствами. К ним относят оксиды, образованные атомами металлов со степенью окисления +5, +6 и +7, а также атомами неметаллов.
Амфотерные оксиды — это оксиды, характеризующиеся и основными, и кислотными свойствами. Это оксиды металлов со степенью окисления +3 и +4, а также четыре оксида со степенью окисления +2: ZnO, PbO, SnO и BeO.
Несолеобразующие оксиды не проявляют характерных основных или кислотных свойств, им не соответствуют гидроксиды. К несолеобразующим относят четыре оксида: CO, NO, N2O и SiO.
Классификация оксидов
Тренировочные тесты по теме Классификация оксидов.
Получение оксидов
Общие способы получения оксидов:
1. Взаимодействие простых веществ с кислородом:
1.1. Окисление металлов: большинство металлов окисляются кислородом до оксидов с устойчивыми степенями окисления.
Например, алюминий взаимодействует с кислородом с образованием оксида:
4Al + 3O2 → 2Al2O3
Не взаимодействуют с кислородом золото, платина, палладий.
Натрий при окислении кислородом воздуха образует преимущественно пероксид Na2O2,
2Na + O2 → 2Na2O2
Калий, цезий, рубидий образуют преимущественно пероксиды состава MeO2:
K + O2 → KO2
Примечания: металлы с переменной степенью окисления окисляются кислородом воздуха, как правило, до промежуточной степени окисления (+3):
4Fe + 3O2 → 2Fe2O3
4Cr + 3O2 → 2Cr2O3
Железо также горит с образованием железной окалины — оксида железа (II, III):
3Fe + 2O2 → Fe3O4
1.2. Окисление простых веществ-неметаллов.
Как правило, при окислении неметаллов образуется оксид неметалла с высшей степенью окисления, если кислород в избытке, или оксид неметалла с промежуточной степенью окисления, если кислород в недостатке.
Например, фосфор окисляется избытком кислорода до оксида фосфора (V), а под действием недостатка кислорода до оксида фосфора (III):
4P + 5O2(изб.) → 2P2O5
4P + 3O2(нед.) → 2P2O3
Но есть некоторые исключения.
Например, сера сгорает только до оксида серы (IV):
S + O2 → SO2
Оксид серы (VI) можно получить только окислением оксида серы (IV) в жестких условиях в присутствии катализатора:
2SO2 + O2 = 2SO3
Азот окисляется кислородом только при очень высокой температуре (около 2000оС), либо под действием электрического разряда, и только до оксида азота (II):
N2 + O2 = 2NO
Не окисляется кислородом фтор F2 (сам фтор окисляет кислород). Не взаимодействуют с кислородом прочие галогены (хлор Cl2, бром и др.), инертные газы (гелий He, неон, аргон, криптон).
2. Окисление сложных веществ (бинарных соединений): сульфидов, гидридов, фосфидов и т.д.
При окислении кислородом сложных веществ, состоящих, как правило, из двух элементов, образуется смесь оксидов этих элементов в устойчивых степенях окисления.
Например, при сжигании пирита FeS2 образуются оксид железа (III) и оксид серы (IV):
4FeS2 + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2
Сероводород горит с образованием оксида серы (IV) при избытке кислорода и с образованием серы при недостатке кислорода:
2H2S + 3O2(изб.) → 2H2O + 2SO2
2H2S + O2(нед.) → 2H2O + 2S
А вот аммиак горит с образованием простого вещества N2, т.к. азот реагирует с кислородом только в жестких условиях:
4NH3 + 3O2 →2N2 + 6H2O
А вот в присутствии катализатора аммиак окисляется кислородом до оксида азота (II):
4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O
3. Разложение гидроксидов. Оксиды можно получить также из гидроксидов — кислот или оснований. Некоторые гидроксиды неустойчивы, и самопроизвольную распадаются на оксид и воду; для разложения некоторых других (как правило, нерастворимых в воде) гидроксидов необходимо их нагревать (прокаливать).
гидроксид → оксид + вода
Самопроизвольно разлагаются в водном растворе угольная кислота, сернистая кислота, гидроксид аммония, гидроксиды серебра (I), меди (I):
H2CO3 → H2O + CO2
H2SO3 → H2O + SO2
NH4OH → NH3 + H2O
2AgOH → Ag2O + H2O
2CuOH → Cu2O + H2O
При нагревании разлагаются на оксиды большинство нерастворимых гидроксидов — кремниевая кислота, гидроксиды тяжелых металлов — гидроксид железа (III) и др.:
H2SiO3 → H2O + SiO2
2Fe(OH)3 → Fe2O3 + 3H2O
4. Еще один способ получения оксидов — разложение сложных соединений — солей.
Например, нерастворимые карбонаты и карбонат лития при нагревании разлагаются на оксиды:
Li2CO3 → CO2 + Li2O
CaCO3 → CaO + CO2
Соли, образованные сильными кислотами-окислителями (нитраты, сульфаты, перхлораты и др.), при нагревании, как правило, разлагаются с с изменением степени окисления:
2Zn(NO3)2 → 2ZnO + 4NO2 + O2
Более подробно про разложение нитратов можно прочитать в статье Окислительно-восстановительные реакции.
Химические свойства оксидов
Значительная часть химических свойств оксидов описывается схемой взаимосвязи основных классов неорганических веществ.
Химические свойства основных оксидов
Подробно про химические свойства оксидов можно прочитать в соответствующих статьях:
Химические свойства основных оксидов.
Химические свойства кислотных оксидов.
Химические свойства амфотерных оксидов.
Источник
Подробно про оксиды, их классификацию и способы получения можно прочитать здесь.
1. Взаимодействие с водой. С водой способны реагировать только основные оксиды, которым соответствуют растворимые гидроксиды (щелочи). Щелочи образуют щелочные металлы (литий, натрий, калий, рубидий и цезий) и щелочно-земельные (кальций, стронций, барий). Оксиды остальных металлов с водой химически не реагируют. Оксид магния реагирует с водой при кипячении.
CaO + H2O → Ca(OH)2
CuO + H2O ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
2. Взаимодействие с кислотными оксидами и кислотами. При взаимодействии основным оксидов с кислотами образуется соль этой кислоты и вода. При взаимодействии основного оксида и кислотного образуется соль:
основный оксид + кислота = соль + вода
основный оксид + кислотный оксид = соль
При взаимодействии основных оксидов с кислотами и их оксидами работает правило:
Хотя бы одному из реагентов должен соответствовать сильный гидроксид (щелочь или сильная кислота).
Иными словами, основные оксиды, которым соответствуют щелочи, реагируют со всеми кислотными оксидами и их кислотами. Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые гидроксиды, реагируют только с сильными кислотами и их оксидами (N2O5, NO2, SO3 и т.д.).
| Основные оксиды, которым соответствуют щелочи | Основные оксиды, которым соответствуют нерастворимые основания |
| Реагируют со всеми кислотами и их оксидами | Реагируют только с сильными кислотами и их оксидами |
| Na2O + SO2 → Na2SO3 | CuO + N2O5 → Cu(NO3)2 |
3. Взаимодействие с амфотерными оксидами и гидроксидами.
При взаимодействии основных оксидов с амфотерными образуются соли:
основный оксид + амфотерный оксид = соль
С амфотерными оксидами при сплавлении взаимодействуют только основные оксиды, которым соответствуют щелочи. При этом образуется соль. Металл в соли берется из более основного оксида, кислотный остаток — из более кислотного. В данном случае амфотерный оксид образует кислотный остаток.
K2O + Al2O3 → 2KAlO2
CuO + Al2O3 ≠ (реакция не идет, т.к. Cu(OH)2 — нерастворимый гидроксид)
(чтобы определить кислотный остаток, к формуле амфотерного или кислотного оксида добавляем молекулу воды: Al2O3 + H2O = H2Al2O4 и делим получившиеся индексы пополам, если степень окисления элемента нечетная: HAlO2. Получается алюминат-ион AlO2—. Заряд иона легко определить по числу присоединенных атомов водорода — если атом водорода 1, то заряд аниона будет -1, если 2 водорода, то -2 и т.д.).
Амфотерные гидроксиды при нагревании разлагаются, поэтому реагировать с основными оксидами фактически не могут.
4. Взаимодействие оксидов металлов с восстановителями.
При оценке окислительно-восстановительной активности металлов и их ионов можно использовать электрохимический ряд напряжений металлов:
Восстановительные свойства (способность отдавать электроны) у простых веществ-металлов здесь увеличиваются справа налево, окислительные свойства ионов металлов — увеличиваются наоборот, слева направо. При этом некоторые ионы металлов в промежуточных степенях окисления могут проявлять также восстановительные свойства (например ион Fe2+ можно окислить до иона Fe3+).
Более подробно про окислительно-восстановительные реакции можно прочитать здесь.
Таким образом, ионы некоторых металлов — окислители (чем правее в ряду напряжений, тем сильнее). При взаимодействии с восстановителями металлы переходят в степень окисления 0.
4.1. Восстановление углем или угарным газом.
Углерод (уголь) восстанавливает из оксидов до простых веществ только металлы, расположенные в ряду активности после алюминия. Реакция протекает только при нагревании.
FeO + C = Fe + CO
Активные металлы, расположенные в ряду активности левее алюминия, активно взаимодействуют с углеродом, поэтому при взаимодействии их оксидов с углеродом образуются карбиды и угарный газ:
CaO + 3C = CaC2 + CO
Угарный газ также восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные после алюминия в электрохимическом ряду:
Fe2O3 + CO = Al2O3 + CO2
CuO + CO = Cu + CO2
4.2. Восстановление водородом.
Водород восстанавливает из оксидов только металлы, расположенные в ряду активности правее алюминия. Реакция с водородом протекает только в жестких условиях – под давлением и при нагревании.
CuO + H2 = Cu + H2O
4.3. Восстановление более активными металлами (в расплаве или растворе, в зависимости от металла)
При этом более активные металлы вытесняют менее активные. То есть добавляемый к оксиду металл должен быть расположен левее в ряду активности, чем металл из оксида. Реакции, как правило, протекают при нагревании.
Например, оксид цинка взаимодействует с алюминием:
3ZnO + 2Al = Al2O3 + 3Zn
но не взаимодействует с медью:
ZnO + Cu ≠
Восстановление металлов из оксидов с помощью других металлов — это очень распространенный процесс. Часто для восстановления металлов применяют алюминий и магний. А вот щелочные металлы для этого не очень подходят – они слишком химически активны, что создает сложности при работе с ними.
Например, цезий взрывается на воздухе.
Алюмотермия – это восстановление металлов из оксидов алюминием.
Например: алюминий восстанавливает оксид меди (II) из оксида:
3CuO + 2Al = Al2O3 + 3Cu
Магниетермия – это восстановление металлов из оксидов магнием.
CuO + Mg = Cu + MgO
Железо можно вытеснить из оксида с помощью алюминия:
2Fe2O3 + 4Al → 4Fe + 2Al2O3
При алюмотермии образуется очень чистый, свободный от примесей углерода металл.
4.4. Восстановление аммиаком.
Аммиаком можно восстанавливать только оксиды неактивных металлов. Реакция протекает только при высокой температуре.
Например, аммиак восстанавливает оксид меди (II):
3CuO + 2NH3 = 3Cu + 3H2O + N2
5. Взаимодействие оксидов металлов с окислителями.
Под действием окислителей некоторые основные оксиды (в которых металлы могут повышать степень окисления, например Fe2+, Cr2+, Mn2+ и др.) могут выступать в качестве восстановителей.
Например, оксид железа (II) можно окислить кислородом до оксида железа (III):
4FeO + O2 = 2Fe2O3
Источник