无机化学习题案例.doc

第一章 化学反应中的质量关系和能量关系例1：氯碱工业用电解法制取氯气，若每投入9.0102 kg NaCl，制得的氯气在标准状况下只有150m3，试计算其产率。解： 2NaCl+2H2O 2NaOH +H2 +Cl22.0 mol 22.4 103 m3n(NaCl) 例2： ，在298.15K，101325Pa时，U=3165.74kJ.mol-1，求Qp。解：Qp =U+(n)RT例3：计算298.15K和标准状态下, 的热效应Qp。已知：(1)Qp,1=393.5kJ.mol-1(2)Qp,2=283.0kJ.mol-1解: Qp,1= Qp+Qp,2Qp= Qp,1Qp,2= 393.5kJ.mol-1(283.0kJ.mol-1)= 110.5kJ.mol-1 石墨不完全燃烧放出的热量只有完全燃烧放出热量的1/4。例4：计算铝粉和三氧化二铁反应的H (298.15K)已知：Hf /kJ.mol-1 0 -824.2 -1675.7 0解：H =niHf (生成物) ni Hf (反应物)H (298.15K)=Hf (Al2O3,s)+2Hf (Fe,s)H (298.15K)=Hf (Al2O3,s)+2Hf (Fe,s)=11675.7+20-20 (-824.2)kJ.mol-1= - 851.5 kJ.mol-1第二章 化学反应的方向、速率和限度例1： 2N2O5（g） 4NO2（g） + O2（g）t/s0100300700c(N2O5)/ molL-12.101.951.701.31c(NO2)/ molL-1 0 0.300.801.58c(O2)/ molL-100.080.200.40例2：301K时，鲜牛奶约4小时变酸，278K时48小时变酸，假设在该条件下牛奶变酸的反应速率与变酸的时间成反比，试估算在该条件下牛奶变酸反应的活化能。若室温从288K升高到298K，则牛奶变酸的速率将会发生怎样的变化解：例 763.8K时，H2(g) + I2(g) =2HI(g) 反应 KC=45.7（1）如果反应开始时，c（H2）、c（I2）均为1.00molL-1,求反应平衡时各物质的平衡浓度及I2的平衡转化率。（2）假定要求平衡时有90%I2转化为HI，开始时，I2和H2应按怎样浓度比混合。 解： (1) H2(g) + I2(g) = 2HI(g)cS/ molL-1 1.00 1.00 0cE/ molL-1 1.00 - 1.00 - xKC= , x=1.54c(HI) = 1.54molL-1 c(H2) = c(I2) = 1.00 - =0.23molL-1 平衡转化率 (2) 假设开始时 c（H2）=x molL-1 c(I2)= y molL-1 H2(g) + I2(g) = 2HI(g)cS/ molL-1 x y 0cE/ molL-1 x-0.90y y-0.90y 1.8y x: y=1.6:1.0即：反应开始时H2和I2浓度若以1.6:1.0混合，则I2的平衡转化率可达90% 例 计算CaCO3热分解反应的DG (298.15K)和DG (1273K)，并分析反应的自发性。解 CaCO3 = CaO + CO2DG (298.15K)利用H和SDG (298.15K)H (298.15K) TS (298.15K) =(-604.04)+(-394.36)-1128.04=173.88298.15160.510-3=130.48kJ.mol-1DG (1273K)DG (1273K)H (298.15K) 1273S (298.15K) =20.6kJ.mol-1例 室温下，金属铜线暴露在100kPa的空气中时，表面逐渐覆盖一层CuO，铜线加热到一定温度后，CuO转化为Cu2O，更高温度时，氧化物覆盖层会逐渐消失。以标准条件下，CuO转化为Cu2O为例，分析说明之。解：H (298.15K) =Hf (Cu2O) + Hf (O2)- 2Hf (CuO)= -168.6 - 2( - 157.3)=146.0kJ .mol-1S (298.15K)=S (Cu2O)+ S (O2) )-2S (CuO)=(93.14+ 205.03)-242.63=110.40J.mol-1K-1第三章 酸碱反应和沉淀反应例 计算0.100molL-1氨水溶液中的c(OH-)，pH值和氨水的电离度a。Kb (NH3H2O)=1.710-5解忽略水的电离=0.100-x x x例 在0.100mol.L-1HAc溶液中，加入固体NaAc使其浓度为0.100mol.L-1，求混合溶液中c(H+)和HAc的解离度。解0.100-x x 0.100+x 未加入NaAc时0.100-x x x 例 (1)计算0.1mol.L-1HAc与0.1mol.L-1NaAc组成缓冲溶液的H+浓度、pH值及HAc的解离度。(2)若向100mL上述缓冲溶液中加入1mL1. 0 mol.L-1HCl，计算溶液的pH值。解：（1）（2）盐酸的浓度=平衡浓度 0.1+0.01-x c(H+) 0.1-0.01+xpH值基本不变例 计算0.1mol.L-1 NH4Cl溶液的pH值和水解度。解:NH4+ +H2O = NH3H2O + H+ 0.10-x x x 水解度(h) =例 在0.1mol. L-1 FeCl3，加入等体积的含有0.2mol.L-1 NH3H2O和2.0mol.L-1 NH4Cl混合液后能否产生Fe(OH)3沉淀。 解： =0.1-x 1.0+x x 有Fe(OH)3沉淀生成例 为除去1.0molL-1ZnSO4溶液中的Fe3+，溶液的pH值应控制在什么范围？解：Fe(OH)3沉淀完全时 c(OH-)=6.5310-12molL-1 pH=2.81Zn(OH)2开始沉淀时pH应控制为： 2.81pH 例 计算由标准氢电极和标准镉电极组成原电池反应的标准吉布斯函数变。解：E (Cd2+/Cd) = -0.4030 VE (H+/H2) = 0.0000 V原电池的符号电池反应E = E (+) E (-)= 0.0000V (-0.4030V) = 0.4030VG = -zFE= -296485 J.V -1.mol-10.4030V=-77770 J.mol-1= -77.77 kJ.mol-1例 实验测得铜锌原电池的电动势为1.06 V ，并已知 c(Cu2+)=0.020mol.L-1，问该电池中c(Zn2+)的浓度是多少?解: 电池反应 Cu2+Zn(s) = Cu(s)+Zn2+负极: Zn(s) = Zn2+2e E (Zn2+/Zn)=0.7618V正极: Cu2+2e =Cu(s) E Cu2+/Cu)=0.3419VE = E (+) E ()= 0.3419+(0.7618)= 1.1037V c(Zn2+) = 0.045mol.L-1例 c(OH) = 0.10mol.L-1 ，p(O2)=100kPa时, 计算氧电极的电极电势。解：O2(g)+2H2O+4e = 4OH E (O2/OH) = 0.401VE (O2/OH) = E (O2/OH) =0.46 V 例 298K时，E (Ag+/Ag)=0.7996V，Ksp (AgCl)=1.5610-10，现向AgNO3溶液中加入NaCl，生成AgCl沉淀，达到平衡时，溶液中c(Cl-)=1mol.L-1 ，计算E(Ag+/Ag) 。解: c(Ag+) = Ksp (AgCl)/c(Cl) = 1.56 10-10 mol.L-1 由于c(Cl) = 1.0 molL-1 即 E(Ag+/Ag) = E (AgCl/Ag) 电极反应: AgCl + e- Ag + Cl- 氧化型物质生成沉淀，电极电势降低，还原型物质生成沉淀，电极电势升高。例 判断下列氧化还原反应自发进行的方向（1） Sn+Pb2+(1mol. L-1) = Sn2+(1mol. L-1)+Pb(2) Sn+Pb2+(0.1mol.L-1) = Sn2+(1mol.L-1) +Pb解: E (Sn2+/Sn) = 0.136V, E (Pb2+/Pb) =0.126V(1) E (Pb2+/Pb) E (Sn2+/Sn) Pb2+作为氧化剂，Sn作为还原剂，反应正向进行 Sn + Pb2+(1mol. L-1) Sn2+(1mol.L-1) + Pb(2) Sn2+是氧化剂，Pb是还原剂，反应逆向进行Sn2+(1mol.L-1) +Pb = Sn+Pb2+(0.1mol.L-1) 例 计算下列反应在298.15K时标准平衡常数Cu(s) + 2Ag+ = Cu2+ + 2Ag(s)解：(-) Cu(s) = Cu2+ + 2e- E (Cu2+/Cu) = 0.3419V(+) 2Ag+ +2e = 2Ag(s) E (Ag+/Ag) = 0.7396VE = E (+) - E (-)= E (Ag+/Ag) E (Cu2+/Cu) = 0.7996 0.3419= 0.4577VlgK = zE/ 0.0592 = 20.577/0.0592=15.47K = 3.01015 反应相当彻底例 求K sp (PbSO4)。已知：E (PbSO4/Pb) = -0.356V, E (Pb2+/Pb) = -0.126V解设计原电池 (+) Pb2+ + 2e = Pb E (Pb2+/Pb) = 0.126V() Pb + SO422e = PbSO4 E (PbSO4/Pb) =0.356V电池反应 Pb2+ + SO42 = PbSO4第五章 原子结构例如 氢原子的波函数可为两个部分例 Z=11的钠原子（1s22s22p63s1)作用于1s电子有效核电荷数 Z*=11-0.3 =10.70作用于2s、2p电子有效核电荷数 Z*=11-(20.85+70.35)=6.85作用于3s电子有效荷电荷数 Z*=11-(21.00+80.85)=2.20例 判断 y(2、1、0) y (2、2、-1) y (3、0 、 -1)的合理性.解： y (2、1、0) n=2 l=1 m=0 合理 y (2、2、-1) n=2 l=2 m=-1 不合理 y (3、0、-1) n=3 l=0 m=-1 不合理 例 某元素有6个电子处于n=3 ,l=2 轨道上，推测原子序数解: 26Fe Ar 3d64s2例 一个原子中，量子数n=3，l=2，m=1时允许最多的电子数是多少？解: 2例 在某一周期（其希有气体原子最外层构型为4s24p6）中有A、B、C、D四种元素，已知它们最外层电子数分别为2，2，1，7，A、C次外层电子数为8，B、D次外层电子为18，A、B、C、D各是何元素？解: 1s22s22p63s23p63d104s2 B Ar3d104s2 Zn第六章 分子结构例 推断XeF2分子的几何构型解XeF2 BP=2 LP=3 VP=5XeF2几何构型为直线形例 利用VSEPR推测ClF3分子的几何构型解 BP=3 LP=1/2(7-3)=2 VP=5ClF3几何构型为“T”形结构例如 SO42-BP=n=4 LP=1/4 6-24-(-2)=0 VP =BP+LP =4SO42-的空间构型为正四面体例： 写出所有第二周期同核双原子分子的分子轨道表示式，其中哪些分子不稳定存在？比较分子的稳定性，并指出哪些分子是顺磁性，哪些是反磁性？解：Li2 (1s)2()2(2s)2稳定反磁性Be2 (1s)2()2(2s)2()2 不能存在B2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)1(2pz)1 稳定顺磁性C2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)2(2pc)2 稳定反磁性N2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)2(2pz)2 (2px)2 稳定反磁性O2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)2 (2p)2(2p)2 ()1 ()1 稳定顺磁性F2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)2 (2p)2(2p)2 ()2 ()2 稳定反磁性Ne2 (1s)2()2(2s)2()2(2p)2 (2p)2(2p)2 ()2 ()2()2 不能存在例：画出NO分子轨道能级图（能级高低次序与N2相似，氧的2s、2p原子轨道略低于氮的），分别写出NO，NO+的分子轨道表示式。计算键级，比较稳定性，并解释之。解分子轨道表示式键级NO (1s)2()2(2s)2()2(2p)2 (2p)2(2p)2 ()2 ()1 2.5NO+(1s)2()2(2s)2()2 (2p)2(2p)2 ()13NO+比NO稳定（反键轨道上少一电子，能量降低多，键级增加）。第七章 固体的结构和性质例：按沸点由低到高的顺序依次排列下列两个系列中的各个物质，并说明理由。H2 CO Ne HF Cl4 CF4 CBr4 CCl4答：沸点由低到高的次序是： H2 Ne CO HF从H2 Ne CO分子量依次增大，色散力增大，CO还具有取向力、诱导力，而HF存在较强氢键。CF4 CCl4 CBr4 Cl4 均为非极性分子从CF4 CCl4 CBr4Cl4，分子量依次增大，色散力增大。例：（1）下列哪些物质是CO的等电子体？ NO N2 O2 NaH（2）CO2分子和SO2分子之间存在着：色散力 色散力诱导力 色散力诱导力取向力色散力取向力（3）CaF2、BaCl2、CaCl2、MgO 四种晶体的熔点由高到低得排列顺序为：MgO CaF2 BaCl2 CaCl2 MgO CaF2 CaCl2BaCl2CaF2 MgO BaCl2 CaCl2 CaF2 MgO CaCl2 BaCl2（4）下列哪种物质的极性最强？ NH3 PH3 ASH3 SbH3（5）下列物质中哪些物质最强？（a）键能：HF，HCl，HBr，HI （b）离解能：F2，Cl2，Br2，I2 （c）晶格能：NaF，NaCl，NaBr，NaI解：（1）N2。因为C原子序数为6，O的原子序数为8，CO共有14个电子，N2也是14个电子。（2）色散力诱导力取向力。因为SO2是极性分子，它极化CO2分子产生极性，从而产生诱导力、取向力。（3）MgO(2800) CaF2（1418） BaCl2（962） CaCl2（782）。 熔点与晶格能大小有关，晶格能大小除与正负离子所带电荷多少、正负、离子半径大小有关外，当正负离子所带电荷相同、半径相近时，还与晶格类型有关。CaF2 ,BaCl2 是萤石型，CaCl2是金红石型，所以熔点高低有上述顺序。 （4）NH3。它们分子构型相同，极性大小决定于两元素电负性之差。（5）（a）HF键能最大。分子类型相同，成键类型相同，成键原子半径小，则键能大。 （b）键能大者则离解能也大，故是Cl。 （c）NaF晶格能大。正负离子电荷相同时，离子半径小，则晶格能大。第八章 配位化合物例 现有下列离子:Fe3+、Fe(CN)63-、FeF63-、Fe(H2O)62+、Fe(CN)64-、FeCl4- 写出其中心原子的d电子排布式，说明自旋情况（CN-是强场配体，H2O、Cl-是弱场配体）。解: Fe3+ 3d5 Fe(CN)63- 低自旋 FeF63- 高自旋 Fe(H2O)62+ 高自旋 Fe(CN)64- 低自旋例 根据测量 Co(NH3)63+ m=0B.M CoF63- m=4.9B.M Co(NH3)62+ m =3.88B.M写出中心离子的d电子分布解: Co(NH3)63+ m=0B.M P CoF63- m=4.9B.M PCo(NH3)62+ m=3.88B.M P例 计算溶液中，与1.010-3mol.L-1Cu(NH3)42+和1.0 mol.L-1NH3 处于平衡状态时，游离的Cu2+浓度。解: Cu2+ 4NH3 Cu(NH3)42+x 1.0 1.010-3yc(Cu2+)为4.810-17 mol.L-1y例 在1L上所述的溶液中，加入0.001mol NaOH，问有无Cu(OH)2沉淀产生？若加入0.001mol Na2S，问有无CuS沉淀产生？解: c(OH-)=0.001 mol. L-1 KspCu(OH)2=2.210-20yc(Cu2+).c2(OH-)=4.810-17 (0.001)2=4.810-234.810-23KspCuS=6.310-36有CuS产生例 向含有Ag(NH3)2+的溶液中加入KCN，此时发生下列反应：Ag(NH3)2+ + 2CN- Ag(CN2)2-+2NH3通过计算判断 Ag(NH3)2+是否可能转化为Ag(CN)2-。yy解: y转化较完全yy例 已知 计算y解：yAu(CN)2- + e- Au+2CN-yyyyy第十章 碱金属和碱土金属元素例 根据碱金属的第一电离能及标准电势回答以下问题（1）为什么锂的电离能最大，而标准电势最小？（2）ELi/Li值最小，能否说明Li和H2O反应最强烈？解：（1）电离能是基态气体原子失去最外层电子成为气态离子所需的能量，而电极反应是金属单质失去电子成为水合离子的过程。由表中第二列离子水合自由能的数据可知，锂离子水合过程放出的能量较高，补偿了电离所需能量，所以其标准电势最小，表明电离成水合离子的趋势最大。（2）ELi/Li值的大小，只能说明反应达到平衡后的进行程度，至于反应是否剧烈，取决于反应的速度，属于动力学范畴，同热力学平衡问题无关。例： 锂盐的哪些性质和其他的碱金属盐有显著的区别？ 溶解度：LiF，LiCO3，Li3PO4微溶于水，而其他碱金属的这些盐易溶于水。 水解性：LiClH2O晶体在受热时发生水解生成LiOH，其他碱金属基本不水解，如NaCl要在高温900才水解。热稳定性：含氧酸盐如Li2CO3在1000时明显分解为Li2O和CO2，其他碱金属含氧酸盐则有很高的热稳定性。第十一章 P区元素卤素、氧族例 如何除去工业废气中的SO2 解： SO2+1/2O2+H2O=H2SO4若SO2浓度不大SO2+1/2O2+Ca(OH)2=CaSO4+H2OSO2+1/2O2+2NH3.H2O=(NH4)2SO4+2H2O高温还原SO2+2CO=S+2CO2例 为什么不能长期保存硫化氢水溶液？长期放置的Na2S或(NH4)2S为什么颜色会变深？解：H2S在空气中被氧化成硫，溶液变浑浊。2H2S(aq)+O2(g)=2S(s)+2H2OS2-在空气中被氧化成S，S与S2-结合成多硫离子Sx2-,使溶液颜色变深。 S2-（aq）+O2(g)+2H2O=2S(s)+4OH-(aq) S2-(aq)+(x-1)S=Sx2-例 说I2易溶于CCl4,KI溶液的原因。解：I2是非极性分子，易溶于非极性溶剂CCl4（相似相容）I2和KI作用生成多卤离子I3-。 例： 写出HF腐蚀玻璃的发硬方程式。为什么不能用玻璃容器盛NH4F？解：HF和玻璃中的主要成分SiO2反应 SiO2+4HF=SiF4+2H2ONH4F中NH4+的水解能力比F-的水解能力强。溶液显酸性。所以NH4F也腐蚀玻璃。 第十二章氮族、碳族与硼族例 如何使用高温灼烧的Al2O3转化为可溶性Al()盐？解：加热Al(OH)3,可脱水生成氧化铝的各种变体，在450500。生成- Al2O3 和- Al2O3(，既能溶于酸又能溶于碱；900生成-Al2O3 。不溶于酸和碱，只能用K2S2O7使之转化成可溶性硫酸盐。 Al2O3+ 3K2S2O7=3K2SO4+Al2(SO4)3例 铅为什么能耐H2SO4、HCl的腐蚀？铅能耐浓H2SO4、浓HCl腐蚀吗？为什么解 Pb与稀H2SO4和HCl反应的产物PbSO4和PbCl2是难溶化合物，附着在金属Pb表面阻碍反应的进行；而在浓H2SO4和浓HCl中，因生成可溶性的化合物而继续进行。所以铅能耐稀H2SO4、HCl的腐蚀而不耐浓H2SO4、浓HC的腐蚀。Pb+2H+SO42-=PbSO4(s)+H2(g)Pb+2H+2Cl-=PbCl2(s)+H2(g)Pb+4H+SO42-=Pb2+2HSO4-+H2(g)Pb+2H+3Cl=PbCl3-+H2(g)例 泡沫灭火剂包括Al2(SO4)3浓溶液和NaHCO3浓溶液。有人建议（1）用固体NaHCO3代替NaHCO3浓溶液；（2）用价格更便宜的Na2CO3（和NaHCO3等浓度、等体积的）溶液。请评价这两个建议。解：（1）NaHCO3固体和Al2(SO4)3作用，生成的Al(OH)3附在NaHCO3表面，会阻碍反应进行。不宜采用。（2）Al2(SO4)3和NaHCO反应：Al2(SO4)3/NaHCO之比1:3 Al3+3HCO3-=Al(OH)3+3CO2 Al2(SO4)3和Na2CO3反应: Al2(SO4)3/之比是2:3 2Al3+3CO32-+3H2O=2Al(OH)3+3CO2用等摩尔Na2CO3代替Na2HCO3需要更多的Al2(SO4)3，并不经济。例 如何配制Sb()，Bi()溶液？解：因为Sb ()，Bi()在水溶液中水解生成沉淀，所以应在相应的酸溶液中配制它们的溶液。MCl3+H2O=MOCl+2HClM(NO3)3+H2O=MONO3+2HNO3第十三章d区元素过渡金属例 试用实验事实说明KMnO4的氧化能力比K2Cr2O7强，写出有关反应方程式。解： 用浓盐酸和固体KMnO4反应可以制备氯气，而用K2Cr2O7不用氧化Cl-为Cl2。2MnO4- + 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2 + 8H2OCr2O72- + 4Cl- + 6H+ = 2CrO2Cl2 + 3H2OCrO2Cl2 + 4OH- = CrO42- + 2Cl- + 2H2O