金属锌的制备

1. 工业制备:

    大多数的Zn是从硫化矿(主要成分是ZnS,还含有CdS,Ga2S3等)提炼的。冶炼前,常用浮选法先进行富集,获得含ZnS40%~60%的精矿,精矿经氧化焙烧生成ZnO(及CdO等),所得的ZnO可用热还原法或电解法得到金属Zn。

2ZnS + 3O2

2ZnO + 2SO2

    热还原法是将ZnO与焦炭混合,在鼓风炉中加热至1473K以上,Zn(及Cd等)以蒸气逸出,冷凝即得粗Zn.粗Zn经分馏除去Pb,Cd等杂质可得纯度达99.99%的锌。
    电解法是将粗ZnO溶于H2SO4,并加Zn粉置换出不活泼的Cd,Co,Ni,Cu,Ag等杂质,获得精制的ZnSO4溶液,以此ZnSO4溶液为电解液,Pb作阳极,Al为阴极进行电解,在阴极上可得99.95%~99.99%的锌。

    阳极           4OH- - 4e 2H2O + O2

    阴极           2Zn2+ + 4e 2Zn

    总反应        2Zn2+ + 4OH- 2Zn + 2H2O + O2

 

氧化锌的制备

    氧化锌的制备可以由金属锌单质与氧反应或含氧酸盐热分解而制备。
          2Zn + O2 2ZnO
          2Zn(NO3)2 2ZnO + 4NO2 + O2         

 

二氯化锌的制备

    工业上生产氯化锌常用金属Zn,ZnO或ZnCO3与盐酸作用,所得溶液经过浓缩、冷却,可得到ZnCl·H2O白色晶体。

          ZnO + 2HClZnCl2 + H2O
          Zn + 2HClZnCl2 + H2

    ZnCl·H2O晶体在加热时,不易脱水,而易形成碱式盐:

          ZnCl·H2OZn(OH)Cl + HCl

    因此,要制备无水ZnCl2,只有将ZnCl2溶液置于氯化氢的气流之下加热脱水。

 

硫化锌的制备

    在锌盐溶液中,加入(NH4)2S,或将Zn(或ZnO)和S一起加热,均可析出白色ZnS沉淀。

          ZnCl2 + (NH4)2S ZnS↓+ 2NH4Cl

          2ZnO + 2S 2ZnS + O2

 

金属镉的制备

    在锌的冶炼过程中,经热还原步骤后(反应在1373K下进行),此时Zn(含有Cd)以蒸气逸出,冷凝得Zn粉(颗粒大小在2~10u之间),因Cd的沸点(1038K)较Zn的低(1180K),故还原得到的Cd在反应条件下先被蒸出,将粗Cd溶于盐酸,然后用Zn置换,可得较纯的Cd。

 

氧化镉的制备

    氧化镉可以由金属单质与氧反应或含氧酸盐,氢氧化物热分解制备.
          2Cd + O2 2CdO
          Cd(OH)2 CdO + H2O

 

硫化镉的制备

    往Cd2+的盐溶液中,分别通入H2S,便生成黄色的CdS沉淀

          Cd2+ + H2S CdS↓ + 2H+

 

汞单质的制备

1. 工业制备:
    辰砂(HgS)是提取汞的主要来源,在空气中将辰砂灼烧至873~973K即可得汞:

HgS + O2

Hg + SO2

    也可将辰砂(HgS)与石灰混合焙烧而得汞:

4HgS + 4CaO

4Hg + 3CaS + CaSO4

    制得的粗汞用稀HNO3洗涤并鼓入空气使比汞活泼的杂质金属均被氧化溶解,生成硝酸盐,不溶的汞进一步真空蒸馏提纯,即得99.99%的纯汞。 

 

氧化汞的制备

    汞的氧化物可以由金属汞与氧直接反应,或者向M2+盐溶液加NaOH溶液反应制备。

          2Hg + O2 2HgO   (温度过高,HgO分解)

          Hg2+ + 2OH- HgO↓+ H2O

 

硫化汞的制备

    往Hg2+的盐溶液中,分别通入H2S,便生成黑色的HgS沉淀。该沉淀加热至659K时,可转变为稳定的红色HgS变体。   
            Hg2+ + H2S HgS↓+ 2H+      

 

二氯化汞的制备

    HgCl2的制备方法如下:
 1) 将HgO溶于HCl即可得到HgCl2的白色沉淀:
          HgO + 2HCl HgCl2 + H2O
 2) 将HgSO4或Hg(NO3)2与NaCl的混合物加热,利用HgCl2易升华的性质,可从产物混合物中得到HgCl2
          HgSO4 + 2NaCl HgCl2 + Na2SO

 

氯化亚汞的制备

 1) 在硝酸亚汞溶液中加入盐酸,就生成Hg2Cl2沉淀;
          Hg2(NO3)2+ 2HCl Hg2Cl2↓ + 2HNO3 
 2) 将氯化汞和汞一起研磨可制得Hg2Cl2
          HgCl2 + Hg Hg2Cl2
 3) 用SO2代替Hg做还原剂,将HgCl2还原成Hg2Cl2

          2HgCl2 + SO2 + 2H2O Hg2Cl2↓+ H2SO4 + 2HCl


化汞的制备

    用Hg2+盐和适量的碘离子反应,可制得碘化汞沉淀HgI2.

          Hg2+ + 2I- HgI2↓ (橙红色)