《无机化学》(上)习题答案.doc

第1章 原子结构与元素周期律1-1在自然界中氢有三种同位素，氧也有三种同位素，问：总共有多少种含有不同核素的水分子？由于3H太少，可忽略不计，问：不计3H时天然水中共有多少种同位素异构水分子？解： 共有18种不同核素的水分子 共有9种不同核素的水分子1-2答：出现两个峰1-3用质谱仪测得溴的两种天然同位素的相对原子质量和同位素丰度分别为 79Br 78.9183 占 50.54%，81Br 80.9163 占 49.46%，求溴的相对原子质量。解：1-4铊的天然同位素203Tl和205Tl的核素质量分别为202.97u和204.97u，已知铊的相对原子质量为204.39，求铊的同位素丰度。解： 设203Tl的丰度为X，205Tl的丰度为1-X 204.39 = 202.97X + 204.97(1-X) X= 29.00%1-5等质量的银制成氯化银和碘化银，测得质量比m（AgCl）：m（AgI）= 1：1.63810，又测得银和氯的相对原子质量分别为107.868和35.453，求碘的原子量。解： X= 126.911-8为什么有的元素原子量的有效数字的位数多达9位，而有的元素的原子量的有效数字的位数却少至34位？答：单核素元素只有一种同位素，因而它们的原子量十分准确。而多核素元素原子量的准确性与它们同位素丰度的测量准确性有关（样品的来源、性质以及取样方式方法等）。若同位素丰度涨落很大的元素，原子量就不可能取得很准确的数据。1-13解：（1）r=c /=(3108)/(63310-9) = 4.741014 Hz 氦-氖激发是红光（2）r=c/=(3.0108)/(435.810-9) = 6.881014 Hz 汞灯发蓝光（3）r=c/=(3.0108)/(670.810-9) = 4.471014 Hz 锂是紫红1-14 Br2分子分解为Br原子需要的最低解离能为190kJ.mol-1，求引起溴分子解离需要吸收的最低能量子的波长与频率。解：1-17. 解：r = E/h = (310103)/(6.6310-346.021023) 则 = c/r = 397 nm1-18光化学毒雾的重要组分之一NO2解离为NO和O2需要的能量为305kJ.mol-1，引起这种变化的光最大波长多大？属于哪种辐射范围？已知射到地面阳光最短波长为320 nm ，NO2气体在近地大气里会不会解离？解：属于紫外光区（可见光波长范围400760nm），在近地大气里会解离。1-19氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波长为103 nm，问：它相应于氢原子核外电子的哪一个跃迁？解：已知 n1= 1 解得：n2=3 即电子从MK 1-21当电子的速度达到光速的20%时，该电子的德布罗依波长多大？当锂原子（质量7.02amu)以相同速度飞行时，其德布罗依波长多大？解：1-23解：K层电子最大数目：2 L层电子最大数目：8 M层电子最大数目：81-24解：（b）1p (d) 2d (f) 3f这些符号是错误的。1-25解：N=1 l=1 m=0 这一套量子数是不存在的1-26解：（a） l=0 (b) l=1 (c) l=2 (d) l=0 (e) l=3 (f) l=41-27. 解：4s能级有1个轨道 5p能级有3个轨道 6d能级有5个轨道 7f能级有7个轨道5g能级有9个轨道1-28根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态：(a)19K (b)13Al (c)17Cl (d)22Ti (e)30Zn (f)33As解：K: Ar4s1 Al: Ne3s23p1 Cl: Ne3s23p5 Ti: Ar3d24s2Zn: Ar3d104s2 As: Ar3d104s24p31-29请预言第118和第166号元素在周期表中的位置.解：118号: Rn5f146d107s27p6 第七周期, 零族 166号: 1185g186f147d108s28p4 第八周期, A族1-30 给出下列基态原子或离子的价电子层电子组态，并用方框图表示轨道。(a) Be (b)N (c)F (d)Cl- (e)Ne+ (f) Fe3+ (g)As3+解：Be: 2s2N: 2s22p3F: 2s22p5Cl-: 3s23p6Ne+: 2s22p5Fe3+: 3d5As3+: 4s21-31. 解： 1s 2s 2p 这组组态符合洪特规则1-32 以下哪些原子或离子的电子组态是基态、激发态还是不可能的组态？(a)1s22s2 (b)1s23s1 (c)1s23d3 (d)Ne3s23d1 (e)Ar3d24s2 (f)1s22s22p63s1 (g)Ne3s23d12 答：a e f h i 是基态 b c d 是激发态 g是不可能组态1-33 Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的基态最外层电子组态与次外层电子组态分别如何？解： Li+: 1s2 Na+: 2s22p6 次外层1s2 2e- K+: 3s23p6 次外层2s22p6 8e- Rb+: 4s24p6 次外层3s23p63d10 18e- Cs+: 5s25p6 次外层4s24p64d10 18e- 1-34 Al3+, Cs+具有8电子外壳1-35 已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为：(a) 3s23p5 (b) 3d64s2 (c)5s2 (d)4f96s2 (e) 5d106s1试根据这个信息确定它们在周期表中属于哪个区？哪个族？哪个周期？解： (a) p区、A、第三周期 (b) d区、 、第四周期 (c) s区、A、第五周期 (d) f区、B、第六周期 (e) ds区、B、第六周期1-36 根据Ti、Ge、Ag、Rb、Ne在周期表中的位置，推出它们的基态原子的电子组态。解： Ti：B、第四周期 电子组态：Ar3d24s2 Ge：A、第四周期 电子组态：Ar3d104s24p2 Ag：B、第五周期 电子组态：Kr4d105s1 Rb：A、第五周期 电子组态：Kr5s1 Ne：零族、第二周期 电子组态：He2s22p6 1-37 试推测114号元素在周期表的位置和可能的氧化态。答： 114号：86Rn 5f146d107s27p2 第七周期、A、氧化态+2、 +4 1-38 第八周期的最后一个元素的原子序数多大？请写出它的基态原子的电子组态。第八周期的最后一个元素： 原子序数 = 86 + 32 +50 = 168 118 5g186f147d108s28p6 1-42 某元素的基态价层电子构型为5d26s2，请给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态。答： 54Xe 4f126s2 1-43 某元素的价电子为4s24p4，问：它的最外层、次外层的电子数；可能氧化态及在周期表中的位置，它的基态原子的未成对电子数，它的氢化物的立体结构。答：最外层=6e-， 次外层=18e-； 氧化态= -2、+4、+6； 第四周期、A，p区； 未成对电子= 2， 氢化物的结构为V型。1-44 某元素基态原子最外层为5s2，最高氧化态为+4，它位于周期表哪个区？是第几周期第几族元素？写出它的+4氧化态离子的电子构型。若用A代替它的元素符号，写出相应氧化物的化学式。答： d区、第五周期、B； A4+：Ar3d104s24p6 氧化物的化学式：AO245. 答案见讲义课件。46. 答案见讲义课件。1-47. 解：氟的电负性最大。铯的电负性最小1-50 答:B族，铜，银，金和稀有气体。1-52 答:从上到下，同族元素氧化态稳定性增强，但第五周期非金属的氧化态很不稳定，第六周期的汞，铊，铅，铋的最稳定氧化态不是族序数，而是0，+1，+2，+3，第族从左到右最高氧化态的稳定性下降，从上到下最高正氧化态稳定性增强。补充练习题1. 某元素原子的最外层上仅有1个电子，此电子的量子数是n=4，l=0，m=0，ms= 。问：符合上述条件的元素有几种？原子序数各为多少？写出相应元素的元素符号和电子排布式，并指出其价层电子结构及在周期表中的区和族。解： 4s13种 19号、24号和29号 KAr4s1 价电子构型 4s1 s区 ACrAr3d54s1 价电子构型 3d54s1 d区 BCuAr3d104s1 价电子构型 3d104s1 ds区 B2. 某元素的原子序数为35，试回答：其原子中的电子数是多少？有几个未成对电子？其原子中填有电子的电子层、能级组、能级、轨道各有多少？价电子数有几个？该元素属于第几周期，第几族？是金属还是非金属？最高氧化态是多少？解：电子数为35，1个未成对电子。4个电子层；4个能级组；18个轨道；8个能级1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p；7个价电子第四周期，A，非金属，最高氧化态为7。第2章 分子结构2-1 解： O2： H2O2: : O O: HOOH 共12e 共14eCO: CO2: :C O: :OCO: 共10e 共16eNCl3 SF4 F Cl | F S F N . | F Cl Cl 共34e 共26e2-3 答：LiH: Li的电子排布:1s22s1 H的电子排布:1s1该分子内的键由ss原子轨道重叠构建,即形成ss 键. HCl: H的电子排布:1s1 Cl的电子排布:1s22s22p63s23p5该分子内的键由sp原子轨道重叠构建,即形成sp 键. Cl2: Cl的电子排布:1s22s22p63s23p5该分子内的键由pp原子轨道重叠构建,即形成pp 键.2-4 答： N的基态电子组态为1s22s22p3,这说明N原子的3个2p电子各自占有一个2p轨道,即px , py , pz ,这三个轨道相互正交,这样就形成了由一个键和2个键构成的三键,即 在该图中,中间的直线代表-NN 骨架,两个方框表示形成键的两对2p电子的电子云在空间的取向.2-5. 用VSEPR模型讨论下列分子的模型,画出立体结构. CO2 H2O NH3 CO32- PO33- PO43-解： CO2 VP=2+0 sp杂化 线型 OCOH2O VP=2+2 sp3杂化 V型NH3 VP=3+1 sp3杂化 三角锥CO32- VP=3+0 sp2杂化 平面三角PO33- VP=3+1 sp3杂化 三角锥PO43- VP=4+0 sp3杂化 四面体2-7 答: 由三个。丙烷分子中的每个C原子都是 sp3杂化，形成正四面体，故只有三个原子可以处于同一个平面内，如图： 2-8 解：金刚烷的立体构型为由图可知，立体烷分子中有四个六元环，这些六元环各不相同，因为C10H16中的C原子取SP3杂化，而每个C原子与其连的原子有差异，形成的4个SP3杂化轨道有差异，是不等性杂化，故形成的六元环不相同。当分子中的次甲基处于立方体的面心位置时，根据杂化轨道理论，分子中的CH基团的C原子将处于立方体的四个面上，而其中CH上的4个氢原子位于四个顶点上。2-9 解：（1）OF2：由VSEPR模型知，OF2属于AY4型分子型分子，其空间构型为正四面体，由杂化轨道模型可知，四个键的 键角应为109o28;由斥力顺序可知，l-O-LL-O-FF-O-F故OF2的分子构型为角型分子，键角小于109o28（2）CClF3 由VSEPR模型知，CClF3分子属于AY5型分子，其空间构型为三角双锥体，有3种空间结构： F E E F F Cl F Cl F F F C l (a) F (b) F E (c) 比较三种构型的斥力，可得(a)的斥力最小，故CClF3的空间构型为（a）型。（3）SOCl2:具有AY3型通式，总价电子数为26， 斥力顺序可知，O=S-ClCl-S-Cl故O=S-Cl109o28，Cl-S-ClXe-F-Xe90o范围内。（5）SF6：由VSEPR模型知，SF6属AY6型分子，空间构型为正八面体，即其键角为90o。（6）PCl5:由VSEPR模型知，PCl5属AY5型分子，空间构型为三角双锥体，即其键角为120o和90o两种。2-10解：路易斯结构式：HC=C=C=CH H HC：1S22S22P2 H：1S1从左起，C原子编号1.2.3.4.1号C原子取SP2杂化，形成3个键，键角为120o，有一个含有1个电子的垂直于该分子平面的P轨道；2号C原子取SP杂化轨道，形成2个键，有两个未参与杂化的P轨道，与该分子平面互相正交；3号C原子同2号C原子，取SP杂化；4号C原子同1号C原子，取SP2杂化。以上键形成CCCC骨架。由以上可知，2号C原子和3号C原子的两条在分之平面内且与骨架垂直的两条P轨道以“肩并肩”形成键，而四个C原子则共同形成了弥散在整个分子内分子符号为44的大键，其方向垂直于分子平面，分子内CC键之角为180o。2-11 解：由VSEPR，臭氧离子O3-属于AY4型分子，其空间构型为正四面体，即由斥力顺序可知，l-O-OO-O-O即O-O-O109o28，但O-O-O90o，因为O-O-O，在弱场配体(H2O)作用下，电子尽可能成单（自旋平行）填入分裂了的d轨道中，因而有5个未成对电子；Fe(CN)63-形成时，由于P，在强场配体(CN-)作用下，电子配对填入分裂了的d轨道中，因而只有1个未成对电子，所以两者的磁性差距很大。 4-14答：因为，同种原子，电荷越高，对分裂能的影响也越大，Fe(H2O)63+ 的值大于Fe(H2O)62+的值。而其分裂能不同是它们因dd跃迁引起颜色不同的主要原因，一般而言，分裂能越大，吸收光子的能量越大，即频率越高，它的补色频率就越低，因此，Fe(H2O)63+为紫色，而Fe(H2O)62+为绿色。4-15答：CrCl63- 3个未成对电子； Cr(H2O)63+ 3个未成对电子；Cr(NH3)63+ 3个未成对电子； Cr(CN)63- 3个未成对电子；Fe(H2O)62+ 4个未成对电子； Fe(H2O)63+ 5个未成对电子；Co(H2O)62+ 3个未成对电子； Co(H2O)63+ 4个未成对电子；Ni(H2O)62+ 2个未成对电子。4-16解：（1）CrCl63- =163KJ/mol Ed-Ed=163 2Ed+3Ed=0 解得 Ed =-65.2 KJ/mol CFSE=-65.2*3=-195.6 KJ/mol或解得：Ed=0.6 Ed=-0.4CFSE=（-0.4）3=-65.23= -195.6 KJ/mol（2）Cr(H2O)63+ =208 KJ/mol Ed-Ed=208 2Ed+3Ed=0解得 Ed=-83.2 KJ/mol CFSE=-83.23=-249.6（3） Cr(NH3)63+ =258 KJ/molEd-Ed=2582Ed+3Ed=0解得 Ed=-113.2 KJ/mol CFSE=-339.6 KJ/mol（4）Cr(CN)63- =315 KJ/molEd-Ed=3152Ed+3Ed=0解得 Ed=-126 KJ/mol CFSE=-378 KJ/mol（5）Fe(H2O)62+ =124 KJ/molEd-Ed=1262Ed+3Ed=0解得 Ed=74.4 KJ/mol Ed=-49.6 KJ/mol CFSE=4(-49.6)+274.4 =-49.6KJ/mol（6）Fe(H2O)63+ =164 KJ/molEd-Ed=1642Ed+3Ed=0解得 Ed=98.4 KJ/mol Ed=-65.6 KJ/mol CFSE=-65.63+2229=261.2 KJ/mol（7）Co(H2O)62+ =111 KJ/molEd-Ed=1112Ed+3Ed=0 解得 Ed=66.6 KJ/mol Ed=-44.4 KJ/mol CFSE=-544.4+266.6=-88.8 KJ/mol（8）Co(H2O)63+ =223 KJ/molEd-Ed=2232Ed+3Ed=0 解得 Ed=133.8 KJ/mol Ed=-89.2 KJ/mol CFSE=-89.2 KJ/mol（9）Ni(H2O)62+ =102 KJ/molEd-Ed=1022Ed+3Ed=0解得 Ed=61.2 KJ/mol Ed=-40.8 KJ/mol CFSE=-122.4 KJ/mol它们的稳定化能不同是因为上述配合物的分裂能及d电子组态不同。4-174-18 答:1.Fe(H2O)5SCN2+的颜色很像血液,不仅可用于检出,也可用作电影特技,魔术表演。2.Pt(NH3)2Cl2顺铂被用作最早期的抗癌药物。3.由于配合物有各种颜色,可用于现代的染色用料。4-21 答: Pt(NH3)2Cl2呈棕黄色,有极性,有抗癌活性,水解后能与草酸反应形成草酸衍生物,只有顺铂的异构体能形成草酸衍生物,因双齿配体草酸根不能形成反式配合物,形成的过程如教材p.175176.4-24. 以下说法对不对？简述理由。 粗盐酸的黄色是Fe3+的颜色。晶体场稳定化能为零的配合物是不稳定的。配合物中配体的数目称为配位数。配位化合物的中心原子的氧化态不可能为零或负值。羰基化合物的配体CO是用氧原子和中心原子结合的，因为氧的电负性比碳大。同一种金属元素的配合物的磁性决定于该元素的氧化态，氧化态越高，磁矩就越大。Co(en)33+没有立体异构体。根据晶体场理论，Ni2+的六配位八面体配合物按磁矩的大小可分为高自旋和低自旋两种。解：不对，是FeCl4-的颜色，因为Fe3+易与Cl-形成配合物。不对，稳定化能为零只意味着d轨道分裂对其的稳定性无影响。配位数 = 配体的数目配体的齿数当配合物如果有d-p反馈p键的形成，减少中心原子上负电荷的积累，则可形成稳定的配合物，如羰基化合物。CO中由于O与C之间p配键的形成，使C带部分负电荷，所以羰基化合物中是由C与中心原子结合。磁矩的大小取决于配合物中的未成对电子数，它与该元素的氧化态、配体的场强等因素有关。en双基配体只能在邻位配位，所形成的配合物没有对称面和对称中心，故存在一对对映异构体。无区别。Ni2+为d8构型，在八面体场中的