Задание №21 — Важнейшие представители неорганических веществ. Неметаллы и их соединения. Металлы и их соединения

Решение.

Для решения данной цепочки превращений необходимо последовательно составить уравнения химических реакций, учитывая химические свойства цинка и его соединений.

Шаг 1. Получение вещества $X$ из цинка.
Поскольку следующим этапом является получение сульфата цинка ($ZnSO_{4}$), логично предположить, что вещество $X$ — это оксид цинка ($ZnO$) или хлорид цинка. Однако проще всего получить сульфат напрямую из оксида. Также в качестве $X$ может выступать соль, полученная при взаимодействии цинка с кислотой. Рассмотрим вариант, где $X$ — это оксид цинка, образующийся при горении металла на воздухе:
$2Zn + O_{2} \xrightarrow{t} 2ZnO$
(Вещество $X$ — оксид цинка).

Шаг 2. Получение сульфата цинка из оксида цинка.
Оксид цинка является амфотерным оксидом и легко взаимодействует с сильными кислотами с образованием солей. Для получения сульфата используем серную кислоту:
$ZnO + H_{2}SO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + H_{2}O$

Шаг 3. Получение гидроксида цинка из сульфата цинка.
Гидроксид цинка — это нерастворимое в воде основание. Чтобы его получить, нужно провести реакцию ионного обмена между растворимой солью цинка и щелочью. Важно добавлять щелочь без избытка, так как гидроксид цинка амфотерен и может раствориться в лишней щелочи:
$ZnSO_{4} + 2NaOH \rightarrow Zn(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}$

Альтернативный вариант (если $X$ — это соль):
Если предположить, что $X$ — это хлорид цинка ($ZnCl_{2}$), то цепочка также осуществима:
1) $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_{2} + H_{2}\uparrow$
2) $ZnCl_{2} + MgSO_{4}$ (реакция не пойдет, так как нет осадка).
Поэтому первый вариант с оксидом или прямой реакцией с кислотой более универсален. Если допустить, что $X$ — это сразу сульфат цинка (пропуск этапа), то схема сокращается. Но по условию $X$ — промежуточное звено. Самый химически грамотный путь представлен ниже.

Итоговые уравнения реакций:
1) $2Zn + O_{2} \rightarrow 2ZnO$
2) $ZnO + H_{2}SO_{4} \rightarrow ZnSO_{4} + H_{2}O$
3) $ZnSO_{4} + 2KOH \rightarrow Zn(OH)_{2} + K_{2}SO_{4}$

Ответ:
1) $2Zn + O_{2} = 2ZnO$;
2) $ZnO + H_{2}SO_{4} = ZnSO_{4} + H_{2}O$;
3) $ZnSO_{4} + 2NaOH = Zn(OH)_{2} + Na_{2}SO_{4}$.

Источник: ФИПИ