第四版-无机化学-答案

1 第一章第一章 原子结构和原子周期系原子结构和原子周期系 1 1 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 K b Al c Cl d Ti Z 22 e Zn Z 30 f As Z 33 答 a Ar 4s1 b Ne 3s23p1 c Ne 3s23p5 d Ar 3d54s2 e Ar 3d104s1 f Ar 4s24p3 1 2 给出下列原子或离子的价电子层电子组态 并用方框图表示轨道 填入轨道的电子用 箭头表示 a Be b N c F d Cl e Ne f Fe3 g As3 1 3 Li Na K Rb Cs 的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何 1 4 以下 3 价离子那些具有 8 电子外壳 Al3 Ga3 Bi3 Mn3 Sc3 答 Al3 和 Sc3 具有 8 电子外壳 1 5 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那个区 哪个族 哪个周期 答 a p 区 A 族 第三周期 b d 区 族 第四周期 c s 区 A 族 第 五周期 d f 区 B 族 第六周期 e ds 区 B 族 第六周期 1 6 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 答 Ti 位于第四周期 B 族 它的基态原子的电子组态为 Ar 3d24s2 Ge 位于第四周期 A 族 它的基态原子的电子组态为 Ar 3d104s24p2 Ag 位于第五周期 B 族 它的基态原子的电子组态为 Kr 4d105s1 Rb 位于第五周期 A 族 它的基态原子的电子组态为 Kr 5s1 Ne 位于第二周期 0 族 它的基态原子的电子组态为 He 2s22p6 1 7 某元素的基态价层电子构型为 5d36s2 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 2 答 该元素的基态原子电子组态为 Xe 4f126s2 1 8 某元素基态原子最外层为 5s2 最高氧化态为 4 它位于周期表哪个去 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 代表它的元素符号 写出相应氧化 物的化学式 答 该元素的基态原子电子组态为 Kr 4d25s2 即第 40 号元素锆 Zr 它位于 d 区 第五 周期 B 族 4 氧化态离子的电子构型为 Kr 即 1s22s22p63s23p63d104s24p6 相应氧化物 为 AO2 3 第二章第二章 分子结构分子结构 2 1 用 VSEPR 模型讨论 CO2 H2O NH3 CO32 PO33 PO3 PO43 的分子模型 画出他 们的立体结构 用短横代表 键骨架 标明分子构型的几何图形的名称 2 2 讨论上题列举的分子 或离子 的中心原子的杂化类型 答 见上表 2 3 第二周期同核双原子分子中哪些不能稳定存在 哪些有顺磁性 用分子轨道模型解释 答 Be2不能稳定存在 分子轨道组态为 He2 2s2 2s2 键级为 0 B2 O2有顺磁性 分子轨道组态分别为 B2 He2 2s2 2s2 2px1 2py 1 O2 He2 2s2 2s2 2p2 2px2 2py 2 2px1 2py 1 因为存在孤对电子 所以有顺磁性 2 4 试用分子轨道模型做出预言 O2 的键长与 O2的键长哪个较短 N2 的键长与 N2的键 长哪个较短 为什么 2 5 计算表明 CO NO 分子轨道能级图中的 2p轨道和 2p轨道的顺序跟 N2分子轨道里的 顺序相同 它们有没有顺磁性 计算它们的键级 并 4 推测它们的键长顺序 答 CO 与 N2等电子 10e 无未成对电子 无顺磁性 NO 是 11e 分子 2p 有 1e 有 顺磁性 CO 的键级是 3 NO 的键级是 2 5 键级降低 键长增大 因而 CO 的键长比 NO 短 2 6 极性分子 极性分子 极性分子 非极性分子 非极性分子 非极性分子 其分子间 的范德华力各如何构成 为什么 答 取向力是固有偶极之间的作用力 非极性分子没有固有偶极 只有极性分子之间的范德华 力有取向力的成分 诱导力是固有偶极诱导产生的偶极 因此非极性分子之间没有诱导力 的成分 而色散力是顺时偶极之间的作用力 因此任何分子之间都存在色散力 2 7 考察 HCl HBr HI 的色散力 取向力 诱导力以及它们构成的范德华力的顺序 并做 出解释 答 取向力 HCl HBr HI 因为 HCl HBr HI 偶极矩依次减小 诱导力 HCl HBr HI 因为偶极矩越大 诱导力越大 色散力 HCl HBr HI 因为分子的极化率越大 变形性越大 色散力越大 分子类型取向力诱导力色散力 极性分子 极性分子有有有 极性分子 非极性分子无有有 非极性分子 非极性分子无无有 5 第四章第四章 配位化合物配位化合物 4 1 给出下列配合物的名称和中心原子的氧化态 Co NH3 6 Cl3 K2 Co NCS 4 H2 PtCl6 CrCl NH3 5 Cl2 K2 Zn OH 4 PtCl2 NH3 2 并用化学式单独表示其中的络离子 答 分子式 命名 中心原子 氧化态 Co NH3 6 Cl3 氯化六氨合钴 Co 3 K2 Co NCS 4 四异硫氰根合钴 酸钾 Co 2 H2 PtCl6 六氯合铂 酸 Pt 4 CrCl NH3 5 Cl2 氯化一氯五氨合铬 Cr 3 K2 Zn OH 4 四羟合锌 酸钾 Zn 2 PtCl2 NH3 2 二氯二氨合铂 Pt 2 4 2 写出下列配合物的化学式 氯化二氯一水三氨合钴 六氯合铂 酸钾 二氯四硫氰合铬酸铵 二 草酸根 二氨合钴 酸钙 答 CoCl2 H2O NH3 3 Cl K2 PtCl6 NH4 3 Cr SCN 4Cl2 Ca Co C2O4 2 NH3 2 2 4 3 五种配合物的实验式相同 K2CoCl2I2 NH3 2 电导实验表明它们的等浓度水溶液里离 子数目跟等浓度的 Na2SO4相同 写出它们的化学式 给出中心离子的氧化态 答 配合物的化学式为 K2 CoCl2I2 NH3 2 中心原子 Co 的氧化态为 2 注 五种物质指的是它的立体异构体 分别是三邻式 三反式 一反两顺式 其中一反 两顺式有三种 而三邻式未区分对映异构体 见下图 4 4 实验证实 Fe H2O 63 和 Fe CN 63 的磁矩差别很大 如何用价键理论解释 答 Fe H2O 63 的中心原子 Fe 3 用 sp3d2杂化轨道成键 属于外轨高自旋配合物 有 5 个单 电子 而 Fe CN 63 的中心原子 Fe 3 用 d2sp3杂化轨道成键 属于内轨低自旋配合物 有 1 个单电子 所以二者磁矩差别很大 6 第五章第五章 水溶液水溶液 5 1 常温下的饱和水蒸气压为 3 169kPa 计算相对湿度为 40 时的水蒸气压 解 P 40 P饱和 40 3 169kPa 1 27 kPa 答 相对湿度为 40 时的水蒸气压为 1 27 kPa 5 2 计算 15 97kPa 下 15g 氯气的体积 5 3 20 97kPa 下 0 842g 某气体的体积为 0 400L 求该气体的摩尔质量 5 4 测得 2 96 氯化汞在 407 的 1L 容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为 60kPa 求 氯 化汞蒸气的摩尔质量和化学式 7 5 5 在25 时将相同压力的5 0 氮气和15 氧气压缩到一个10 0 的真空容器中 测得混 合气体的总压为150 kPa 求两种气体的初始压力 求混合气体中氮和氧的分压 将 温度上升到210 容器的总压 5 6 在25 1 47MPa下把氨气通人容积为1 00 刚性壁密闭容器中 在350 下用催化剂 使部分氨分解为氮气和氢气 测得总压为 5MPa 求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压 8 5 7 以下哪些关系式是正确的 说明理由 p 无下标时表示混合气体的总压 总 体积和总物质的量 5 8 以下系统内各有几个相 水溶性蛋白质的水溶液 氢氧混合气体 盐酸与铁块发生反应的系统 超临界状 态的水 解 1 1 3 1 5 9 利用本书附表与下列数据计算石灰岩 以 CaCO3 方解石 计 被 CO2 g 溶解发育成 喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓 CaCO3 s CO2 g H2O l Ca2 aq 2HCO3 aq 9 5 10 诺贝尔发明的炸药爆炸可使产生的气体因热膨胀体积增大 1200 倍 其化学原理是硝 酸甘油发生如下分解反应 4C3H5 NO3 3 l 6 N2 g 10H2O g 12 CO2 g O2 g 己知 C3H5 NO3 3 l 的标准摩尔生成焓为 355kJ mol 计算爆炸反应的标准摩尔反应焓 5 11生石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟 试利用本书附表的数据计算 500g 1市斤 生石灰 s 与足量的水生成熟石灰 s 放出的热 注 可忽略溶解反应 5 12 生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖燃烧释放的热量 己知葡萄糖 C6H12O6 s 的标准摩尔生成焓为 2840 kJ mol 利用本书附表数据计算它的燃烧热 5 13 碘钨灯因在灯内发生如下可逆反应 W s I2 g WI2 g 碘蒸气与扩散到玻璃内壁的钨会发生反应生成碘化钨气体 后者扩散到钨丝附近会因钨丝 的高温而分解出钨重新沉积到钨丝上去 从而可延长灯丝的使用寿命 己知在 298 时 设玻璃内壁的温度为 623 计算上式反应的 rGm 623K 估算 WI2 g 在钨丝上分解所需的最低温度 10 5 14 石灰窑的碳酸钙需加热到多少度才能分解 这时 二氧化碳的分压达到标准压力 若在一个用真空泵不断抽真空的系统内 系统内的气体压力保持 10Pa 加热到多少度 碳 酸钙就能分解 5 15 以下反应 哪些在常温的热力学标态下能自发向右进行 哪些不能 11 第六章第六章化学平衡常数化学平衡常数 6 1 写出下列各反应的标准平衡常数表达式和实验平衡常数表达式 2SO2 g O2 g 2SO3 g NH4HCO3 s NH3 g CO2 g H2O g CaCO3 s CO2 g CaO s Ag2O s 2Ag s O2 g CO2 g CO2 aq Cl2 g H2O l H aq Cl aq HClO aq HCN aq H aq CN aq Ag2CrO4 s 2Ag aq CrO42 aq BaSO4 s CO32 aq BaCO3 s SO42 aq Fe2 aq 1 4O2 g 2H aq Fe3 aq H2O l 12 6 2 实验测得合成氨反应在 500 的平衡浓度分别为 H2 1 15mol L N2 0 75 mol L NH3 0 261 mol L 求标准平衡常数 浓度平衡常数以及分别用 Pa 为气体 K c K 的压力 单位和用 bar 为气体的压力单位的平衡常数 p K 13 6 3 反应 CO g H2O g CO2 g H2 g 在 749K 时的平衡常数 2 6 设 反应起始 K 时 CO 和 H2O 的浓度都为 1 mol L 没有生成物 下同 起始时 CO 和 H2O 的摩尔比为 1 3 求 CO 的平衡转化率 用计算结果来说明勒沙特列原理 14 6 4 将 SO3固体置于一反应器内 加热使 SO3气化并令其分解 测得温度为 900 总压 为 时 气体混合物的密度为 0 925g dm3 求 SO3的 平衡 解离度 p 6 5 为使 Ag2O 在常温下分解 真空泵需将氧的分压降至多大 15 6 6 下面各种改变将对反应 2SO2 g O2 g 2SO3 g 198KJ mol 中的 SO3的 mrH 平衡分压有何影响 将反应容器的体积加倍 保持体积而增加反应的温度 加多氧量 保持反应容器的体积而加入氩气 答 减少 增大 增大 不变 6 7 下面的反应在一个 升的容器里 在 298 下达成平衡 C 石墨 2 g CO2 g 393KJ mol mrH 以下各种措施对氧气的平衡分压有何影响 增加石墨的抗 增加 CO2气体的量 增加氧气的量 降低反应的温度 加入催化剂 解 不变 增大 增大 D 减少 不变 16 第七章第七章化学动力学基础化学动力学基础 7 1 二甲醚 CH3 2分解为甲烷 氢和一氧化碳的反应的动力学实验数据如下 600s 和 800s 间的平均速率 用浓度对时间作图 动力学曲线 求 800s 的瞬时速率 7 2 在 970 下 反应 2N2O g 2N2 g O2 g 起始时 N2O 的压力为 2 93 104Pa 并测 得 反应过程中系统的总压变化如下表所示 求最初 300s 与最后 2000s 的时间间隔内的平均速率 17 答 最初 300s 内的平均速率是 13 33 Pa s 1 最后 2000s 的时间间隔内的平均速率是 1 05 Pa s 1 7 3 在 600 下反应 2NO O2 2N2O 的初始浓度与初速率如下 求该反应的表观速率方程 计算速率常数 预计 c0 NO 0 015mol L 1 c0 O2 0 025mol L 1的初速率 7 4 在 300 下 氯乙烷分解反应的速率常数为 2 50 10 3min 1 该反应是几级反应 说明理由 氯乙烷分解一半 需多少时间 18 氯乙烷浓度由 0 40 mol L 1降为 0 010 mol L 1 需要多长时间 若初始浓度为 0 40 mol L 1 反应进行 8 小时后 氯乙烷浓度还剩余多少 7 5 放射性 半衰期 t1 2 5026a 发射的强 辐射广泛用于治疗癌症 放射疗法 放Co 60 27 射性物质的辐射强度以 居里 为单位表示 某医院购买了一个含 20 居里的钴源 在 10 年后 辐射强度还剩余多少 7 6 某一级反应 在 300 时反应完成 50 需时 20 分钟 在 350 时反应完成 50 需时 5 0 分钟 计算该反应的活化能 解 一级反应 t1 2 可看出 t1 2与 k 成反比 k 2ln 答 该反应的活化能为 24 2KJ mol 1 7 7 温度相同时 三个基元反应的正逆反应的活化能如下 基元反应 Ea KJ mol 1 Ea KJ mol 1 1 30 55 2 70 20 3 16 35 19 哪个反应的正反应速率最大 反应 的反应焓多大 哪个反应的正反应是吸热反应 第八章第八章略略 20 第 9 章习题解答 9 8 250C 标准压力下的 CO2气体在水中的溶解度为 0 034mo1 L 求溶液的 pH t C3O2 21 9 10 某弱酸 HA 0 015 mo1 L 时电离度为 0 80 浓度为 0 10mo1 L 时电离度多大 9 13 缓冲溶液 HAc Ac 的总浓度为 1 0 mo1 L 当溶液 pH 为 1 4 0 2 5 0 时 HAc 和 Ac 的 浓 度分别多大 22 9 19 计算 10 mL 浓度为 0 30 mo1 L 的 Hac 和 20 ml 浓度为 0 15 mo1 L HCN 混合得到的 溶液中的 H Ac CN 9 23 在烧杯中盛有 0 2 mo1 L 20mL 乳酸 分子式 HC3H5O3 常用符号 HLac 表示 酸常 数为 K 1 4 10 4 向该烧