化学课后答案13

第十三章 p 区元素 一 1 试分析乙硼烷分子的结构 并指出它与乙烷结构有何不同 解 乙硼烷和乙烷的分子式相似 但分子结构不同 乙烷中每个 C 原子有 4 个价电子 以 sp3杂化轨道分别与 3 个 H 原子及另一个 C 原子 成键 达到 8 个电子结构 B 原子只有三个价电子 为缺电子原子 故 B2H6是缺电子化合物 B 原子采取 sp3杂化方式形成杂化轨道参与成键 每个 B 原子与两个 H 原子以正常的共价键相连接 并且两个 BH2处于同 一个平面上 另两个 H 原子则分别位于平面的上 下方 每个 H 原子连 接两个 B 原子 形成两个 氢桥 键 又称 三中心二电子 键 2 完成并配平下列反应方程式 1 B2H6 g O2 g 2 B2H6 g H2O l 3 H3BO3 HOCH2CH2OH 4 BBr3 H2O 解 1 B2H6 g 3O2 g B2O3 s 3H2O l 2 B2H6 g 6H2O l 2H3BO3 s 6H2 g 3 H3BO3 2HOCH2CH2OH BO4 C2H4 2 H 3H 2O 4 BBr3 3H2O H3BO3 3HBr 3 写出下列反应的方程式 1 用氢气还原三氯化硼 2 由三氟化硼和氢化铝锂制备乙硼烷 3 由三氟化硼生成氟硼酸 4 由三氯化硼生成硼酸 5 硼酸不断加热 解 1 6H2 g 2BCl3 g B2H6 g 6HCl g 2 4BF3 g 3LiAlH4 s 2 B2H6 g 3LiF s 3AlF3 s 3 4BF3 g 3H2O l H3BO3 s 3HBF4 aq 或 BF3 g 3H2O l H3BO3 s 3HF aq BF3 aq HF aq HBF4 aq 4 BCl3 g 3H2O l H3BO3 s 3HCl aq 5 H3BO3 s HBO2 s H2O g HBO2 s B2O3 s H2O g 4 何为硼砂珠试验 写出硼砂与下列氧化物共熔时的现象和反应方 程式 1 NiO 2 CuO 3 CoO 解 熔融的硼砂能与金属氧化物形成有特征颜色的偏硼酸复盐 这 类反应在分析化学上称为硼砂珠试验 用于鉴定某些金属离子 1 Na2B4O7 NiO Ni BO2 2 2NaBO2 棕色 2 Na2B4O7 CuO Cu BO2 2 2NaBO2 蓝色 3 Na2B4O7 CoO Co BO2 2 2NaBO2 蓝色 5 写出三卤化硼熔点和沸点的高低次序 并加以解释 解 三卤化硼的化合物有 BF3 BCl3 BBr3 BI3 熔 沸点由低到高 的顺序为 BF3 BCl3 BBr3 BI3 这主要是由于 BX3为非极性共价分 子 分子间力为色散力 分子量越大 色散力就越大 熔 沸点就越高 6 以硼砂为原料如何制备下列物质 写出有关的反应方程式 1 33BO H 2 32O B 3 B 4 3 BF 解 1 H3BO3 将纯硼砂 Na2B4O7 10H2O 溶于沸水中 并加入盐酸 Na2B4O7 10H2O 2HCl 4H3BO3 s 2NaCl 5H2O 2 B2O3 先由 1 中制得 H3BO3 再由 H3BO3受热脱水得到 B2O3 H3BO3 s 150 HBO2 s H2O g 2HBO2 s 300 B2O3 s H2O g 3 B 先由 2 中制得 B2O3 再将其用金属镁还原得到 B B2O3 s 3Mg s 2B s 3MgO s 再用盐酸将 MgO 溶解即可分离出单质硼 4 BF3 由 2 中制得 B2O3 100 H2SO4和 CaF2混合物加热得到 B2O3 3 H2SO4 3CaF2 2BF3 3CaSO4 3H2O 为了提高产率 可通过下列两步反应制得 Na2B4O7 12HF Na2O BF3 4 6H2O Na2O BF3 4 6H2SO4 4 BF3 2NaHSO4 H2O 7 某气态硼氢化合物在 25 和 50 66kPa 时的密度为 0 579 g L 1 求此 化合物的摩尔质量 并推测其化学式 解 66 50 2515 273314 8579 0 p RT M g mol 1 28g mol 1 硼氢化合物的组成可分为多氢硼烷和少氢硼烷 其通式可分别写作BnHn 6 和 BnHn 4 若其化学式为 BnHn 6 则 28 11n n 6 显然所得到的 n 非整数 故其为 BnHn 4 则 28 11n n 4 3 BH 0 m B H 可得 n 2 该气体的化学式为 B2H6 8 已知 1 3mf molkJ100g BHH 试根据书末附表中的有关热 力学数据计算 1 HB 键键焓 2 乙硼烷中 H BB键的键焓 解 结合教材附表一和表 9 4 中的数据 设计如下热力学循环 B s 2 3 H2 g BH3 g fH 0 m B g 2 3 BH 0 m H H 3 fH 0 m H g B g 3H g 由上图可知 fH 0 m BH3 g fH 0 m B g 2 3 BH 0 m H H 3 BH 0 m B H BH 0 m B H fH 0 m B g 3 fH 0 m H g fH 0 m BH3 g 3 562 7 3 217 965 100 3 kJ mol 1 372kJ mol 1 2 同理 设计如下热力学循环 由上 图可知 fH 0 m B2H6 g 2 fH 0 m B g 3 BH 0 m H H 4 BH 0 m B H 2 BH 0 m H BB BH 0 m H BB 2 fH 0 m B g 6 fH 0 m H g 4 BH 0 m B H fH 0 m B2H6 g 2 2 562 7 6 217 965 4 372 35 6 2 KJ mol 1 455 KJ mol 1 9 25 时 用 1 50g 乙硼烷和 1 00L 水反应 试计算所得溶液的 pH 解 乙硼烷在室温下极易溶于水 且反应很快 B2H6 g 6H2O l 2H3BO3 s 6H2 g H3BO3 s 的电离 H3BO3 aq H2O l B OH 4 aq H aq fH 0 m BH3 g 33 4 33 0 a BOH HOHB BOHK 5 8 10 10 HBOH H 0 33 2 其中 H3BO3 0 2n B2H6 V 2m MV 2 1 50 27 7 1 00 0 107mol L 1 可解得 H 7 88 10 6 mol L 1 pH lg7 88 10 6 5 10 10 写出下列反应方程式 1 氧化铝与碳和氯气反应 2 在 OH Al Na 4 溶液中加入氯化铵 3 3 AlCl溶液加氨水 解 1 Al2O3 s 3C s 3Cl2 g 2AlCl3 s 3CO g 2 Na Al OH 4 aq NH4Cl aq Al OH 3 s NH3 H2O l NaCl aq 3 AlCl3 aq 3NH3 H2O aq 3NH4Cl aq Al OH 3 s 11 铝矾土中常含有氧化铁杂质 现将铝矾土和氢氧化钠共熔 Na Al OH 4 为生成物之一 用水溶解熔块后过滤 在滤液中通入二氧 化碳后生成沉淀 再次过滤后将沉淀灼烧 便得到较纯的氧化铝 试写 出各步反应的方程式 并指出杂质铁是在哪一步除去的 解 第一步 熔融 Al2O3 2NaOH 2NaAlO2 H2O Fe2O3 2NaOH 2NaFeO2 H2O 第二步 溶解过滤 NaFeO2 2H2O Fe OH 3 NaOH 第三步 通 CO2气体 2NaAlO2 CO2 3H2O 2Al OH 3 Na2CO3 第四步 灼烧 2Al OH 3 Al2O3 3H2O 杂质是在第一次过滤时 即第二步 被除去的 12 将 0 250g 金属铝在干燥的氯气流中加热 得到 1 236g 白色固 体 此固体在 200mL 容器 中加热至 183 时变为气体 250 时测得 气体的压力为 100 8kPa 计算气态物质的摩尔质量 并写出气体分子结 构式 解 1 3 mol g267 102008 100 25015 273314 8236 1 PV mRT M N Al 267 236 1 27 25 0 2 N Cl 5 35 227267 6 此物质的化学式为 Al2Cl6 结构式为 共熔 13 完成并配平下列反应方程式 1 2 3 2 COSr 2 OHCOAl 2 2 3 3 3 OHCOMg 2 2 3 2 解 1 Sr aq CO32 aq SrCO 3 s 2 2Al3 aq 3 CO32 aq 3H 2O l 2Al OH 3 s 3CO2 g 3 2Mg2 aq 2CO32 aq H 2O l Mg2 OH 2CO3 CO2 g 14 1 试根据有关热力学数据估算当 kPa100COp 2 时 s CONa 32 s MgCO3 s aCOB 3 和 s CdCO3的分解温度 2 从书中查出上述各碳酸盐的分解温度 3 CdCO为 345 与计算 结果加以比较 并加以评价 3 各碳酸盐分解温度的实验值与由计算结果所得出的有关碳酸盐的分 解温度的规律是否一致 并从离子半径 离子电荷 离子的电子构型等 因素对上述规律加以说明 解 1 根据 T分 K298H K298H 0 mr 0 mr Na2CO3 s Na2O s CO2 g 查附表一 进行计算 rH 0 m 0 mfH 393 509 414 22 1130 68 322 951 KJ mol 1 rS 0 m 0 m S 213 74 75 06 134 98 153 82J mol 1 K 1 T分 82 153 10951 322 3 2100K t分 1827 MgCO3 s MgO s CO2 g 查附表一 进行计算 rH 0 m 0 mfH 393 509 601 70 1095 8 100 591 kJ mol 1 rS 0 m 0 m S 213 74 26 94 65 7 174 98J mol 1 K 1 T分 98 174 10591 100 3 575K t分 302 BaCO3 s BaO s CO2 g 查附表一 进行计算 rH 0 m 0 mfH 393 509 553 5 1216 3 269 291 kJ mol 1 rS 0 m 0 m S 213 74 70 42 112 1 172 06J mol 1 K 1 T分 06 172 10291 269 3 1565K t分 1292 CdCO3 s CdO s CO2 g 查附表一 进行计算 rH 0 m 0 mfH 393 509 258 2 750 6 98 891 kJ mol 1 rS 0 m 0 m S 213 74 54 8 92 5 176 04J mol 1 K 1 T分 04 176 10891 98 3 562K t分 289 2 碳酸盐 Na2CO3 MgCO3 BaCO3 CdCO3 实际分解温度 1800 540 1360 345 计算分解温度 1826 302 1292 289 从上表可看出 两者的偏差一般不大 3 分解温度的实际值和计算值的规律是一致的 金属离子的半径越 小 离子所带的电荷数越大 极化能力就越强 金属离子电子构型为 18e 的极化能力比 8e 的强 而极化越大 相应的碳酸盐越易分解 15 完成并配平下列反应方程式 1 SiO2 Na2CO3 2 SiO2 4HF 3 Na2SiO3 NH4Cl 4 SiCl4 H2O 解 1 SiO2 Na2CO3 Na2SiO3 CO2 2 SiO2 4HF SiF4 2H2O 3 Na2SiO3 2NH4Cl 2H2O H2SiO3 2NH3 H2O 2NaCl 4 SiCl4 3H2O H2SiO3 4HCl 16 写出下列各反应的方程式 1 氢氧化亚锡溶于氢氧化钾溶液 2 铅丹溶于盐酸中 3 氧化铅与二氧化硅共热 4 用SNa2溶液处理 2 SnS 解 1 Sn OH 2 2KOH K2SnO2 2H2O 或 Sn OH 2 2KOH K2 Sn OH 4 2 Pb3O4 8HCl 3PbCl2 Cl2 4H2O 3 PbO SiO2 PbSiO3 4 Na2S SnS2 Na2SnS3 17 完成并配平下列反应方程式 1 32 FeClSnCl 2 NaOHClPbO 2 3 22S NaSnS 4 3 HNOPbS 5 3232 HNO NO MnPbO 6 HClSnSNa 32 解 1 SnCl2 2FeCl3 SnCl4 2FeCl2 2 PbO Cl2 2NaOH PbO2 2NaCl H2O 3 SnS Na2S2 Na2SnS3 4 3PbS 8HNO3 3Pb NO3 2 3S 2NO 4H2O 5 5PbO2 2Mn NO3 2 6HNO3 5Pb NO3 2 2HMnO4 2H2O 6 Na2SnS3 2HCl SnS2 H2S 2NaCl 18 为什么在配制 2 SnCl溶液时要加入盐酸和锡粒 否则会发生哪 些反应 试写出反应方程式 解 因为 SnCl2易水解 SnCl2 H2O Sn OH Cl s HCl 故加酸 可以抑制其水解作用 因此配制 SnCl2溶液应加相应的酸 而在空气中 Sn2 易被氧化成 Sn4 加 Sn 粒可以除去溶液中的 Sn4 Sn4 Sn 2Sn2 起到防止 Sn2