第13章p区元素课后习题答案

第13章p区元素课后习题答案

笫一组

10.1下面给出第2第3周期元素的第一电离能数据（单位'）试说明B

的数值为什么低于左右元素

LiIkBCNOFNc

52090080110861402131116812081

NaMgAlSiPSaAr

J967385787871012100012511521

解答

同周期内，自左至右第一电离能L总的变化趋势是逐渐增大的但中间方•明显的跳跃性变

化也就是说，由于自左至右核电荷依次增加半径依次减小L值必然依次增

大但由于外闱电子构型对电离能影响较大。因此就出现和外国电子构型相应

的跳跟式变化因z”28属全满

或半满状态比较稳定。故此时的第一电离能就较大，如失去一个电子后成半满，全满或全空的稳定状态,

则L值就较小

物4.。参看图I.18

10.2回答下列用途所依据的性质可能情况下并写出相关的反应式

1某些型号的分子筛用于干燥气体中的微量水

2担我在硅胶上的用于除去氮气和稀有气体中的微量氧

3甘油用于强碱滴定H«

4硫酸铝做为絮凝剂净化水

5硼砂用做定标准酸溶液的基准物

6硼钢用做核反应堆的控制棒

7，和，用做有机反应的催化剂（参考第5章课文）

解答

1基于分子筛的性质和选择性。分子筛是具有分子那般大小孔经（微孔）的一类结晶铝硅酸

盐。当分子筛（例如4A或5A）的微孔使水分子能穿过时，就对水分子产生了极强的亲

合力（收附力）且吸水容量大。

2高度分散在硅胶上，能及杂质0,在室温或接近室温的条件下迅速反应：

620,

而这一反应一般是在高温下才能进行的。担我也可再生使用。

3h的酸性微弱,不能直接用滴定。甘油及之反应生成稳定配合物而使其显强酸性从而使

滴定法可用于测定硼的含量。

4硫酸铝在水中易水解生成胶状（卜沉淀，可吸附水中杂质。

5硼砂易制得纯品，稳定，易溶于水并水解使溶液显强碱性，可配得极准确的浓度，

因而可作基准物。例如

8010股4限+25H力

6基于硼吸收中子的能力。

7见节5.2.3。因为B和生其三卤化合物中价层未满足8电子结构，是缺电子化合物。因而是路

易斯酸，在布•机反应中它们能拉开犍合于碳原了•上的路易斯碱产生正碳离子。

Rs[J

Rwi[J

置换出来的正碳离了非常活泼，及另有机反应物反应得目标产物。

81。是03在特定条件（低温快速）卜加热而得，比表面高而有活性，因而具有催

化性能。

10.3解释

!六方晶体氮化硼及石眼在结构上的异同

2硼酸在水中是一元弱酸

3水溶液中S和铝盐相互作用生成Oa而不是2S..

4（川）卤化物।中的X只能是F或或（组成为3的化合物是阳离子及I屋阴离子的化合物。

5,是个路易斯酸，而，对简单给予体分子几乎不显路易斯酸。

6等电子物种“4和'中H原子的酸碱性。

73.：,和s对0原子或S原子给予体路易斯碱显示相反的路易野酸性强弱顺序

解答:

I参见节13.1

2参见节13.3.2

3参见P182节8.3.25、是弱酸弱碱盐，在水中完全水解

&(s)+61L0(1)203(s)+3HzS(g)

因而在水中2s和铝盐不能作用生成上3.若要制得，则可用下法:

4(III)由于6s

情性电子对效应高价具强

氧化性而按的

2A1(If；>-HS(E1-山］山工》,l2Sr“上

2还原性增加

2Al(屑计3s(粉)Ijn,AAIS、因而(III)及会发生氧

化还原反应生成低价(或

J而得不到高价，

从下面的标准电极电势可说明

"+2?E1.252

L+2*

3E0.536

53是路易斯酸的原因题12.1(7)已有说明a也是路易斯酸但由于离子

半径特小使'的熔点和升华给较其他卤化物高得多较高的晶格焰还导致了它在大部分有

机溶剂和无机溶剂中都不溶解水中的溶解度25时为0.4战，因此对简单给予体

而言，虽然3中为缺电子，仍不能将电子给，a也就几乎不显路易斯酸性

63个物种中H原子的性质随中心原子电负性不同而不司「提供而显酸性।而因

提供而显酸性。，则既不显酸性也不显臧性

7参见节5.2.2软硬软做虽都为缺电子但体枳增大变形性增大对电子的吸引力减小，

按B硬度减小，而。•和S?均为给电子，但体积增大电负性减小，吸引电子的力减小，按0,

投碱度减小依“软亲软硬亲硬”选择的参照物不同自然显示出不同的路易斯酸性强弱顺

序

104写出下列过程的反应方程式

!镁的硼酸盐矿物酸法制硼砂

2乙硼烷在空气中燃烧

3铝土矿生产金属铝

4金属氯化法和氧化铝还原氯化法制备三氯化铝

53水解

解答

125.0-,IL2U32IL+2,

碉镁矿

4IK+23hBQ；10H.0

2BN(g)+3O,(g)3B()：,(s)41-2166

320..»2311.2[()(]

铝阻土

2[()J22()121：0

2O,A+3ILO

:6

/0,

4+30-

电解(阴极)(阳极)

4金属氯化法

600750*0

2⑴+34)2式s)

氧化铝还原氯化法

800900"C

A(s)+3C(s)+3a(g)2>(s)+3(g)

5j(g)+3Hmi)()Q+3()

105组成最简单的硼氧化合物为什么是B乩而不是，?拮述B乩分子中的化学键

解答

，不能存在是由于B原子缺电子性质所决定的。如果存在

s则其结构为

B还有一个空的2p轨道未参及成

键如果该轨道能用来成

”键将会使体系的能量进一步降低故从能量上

8；H讲3是不卷定

U体系事实上在B4中

由于所有的价轨道都用来成键分子的总键能比两个’的总键

能大故BH比»稳定这就是3不能存在的原因

BJk的分子结构为

B为'杂化，仔个B原子用两个杂化轨道分别及两个H原子形成正常的共价键当两个处于同一平

面的z就相互接近时则剩卜.的另两个「杂化轨道在垂直方相遇，如果这时让两个H原子置于适当位置,

那么II的轨道及两个B的3杂化轨道对称性相同可相互重强组成三个分子轨道，成键轨

道叫非键轨道已反键轨道里，这三个轨道只有两个电子它们占据

成键轨道明形成一个包括B-H-B三个原子的化学键称为三中二电子键

10.6用

反应式表达人们

为J水解反应

建议的机理为

什么

说no分子

配位于B原

子那一步的机理

是合理的

解答

反应机理

见节13.3.3,因

为，为路易斯酸.

较3弱，IM)为温

B2H6分子中H的1$轨道与B的卬3杂化轨道形和的路易斯碱。因

成三个分子轨道的示意图此它们反应会生

成不太稳定的配

合物，继而因的电负性大加合乩而消除一个

10.7乙硼烷B2H6及路易斯碱N(3)3和3反应的产物分别为H3⑶3和H2B⑵*+

试从反应机理作说明

解答

由于B的缺电子性能.间卜是路易斯酸及富电子的N(Jl和式显路易斯碱性)反应生成配合物,

其反应产物决定于民乩在具体反应中的断裂方式。

108用威德规则计算下列硼氢化合物的骨架电子对数并判断结构为闭合式巢式或蛛

式

2

[B,.H,2]"即兀

BJin

BH单■余H分广结

化合物共计

几捉供-f提供电荷提供构类型

|B|2H|2f12对。对1对(121闾用仆式

BJIio(»<J2XJ奥式

Bdlii5<13对0对(5+3W蚁式

解答

109气相中的33和3为什么均以双聚分子2X6形式存在?描述26分

子中的化学键参考第5章课文

解答

参见节5.2.3原子是缺电子原子半径又较B大虽形成的键不如3强但陵着配位数增加中心原子及

更多的配位原子生成键因此在3(D中3原子空的p轨道可接受另一个3中X原子上的孤对电子形成如

下的双聚结构

双聚结构的形成使3中原子空的p

轨道得到利用故2X6分子比两个3

分子的能战更低更稳定。

第二组

1010回答下列用途所依据的性质可能情况下并写出相关的反应式

1金属银在石墨转化为金刚石过程中的催化作用

2活性炭用于净化食用油饮料脱色以及水处理

3金刚石和立方晶体氮化硼用做磨料而石晶和六方晶体氮化硼用做润滑剂

4沸石用做气体的干燥剂和净化剂

5沸石可望用于02和N2的分离以获得富氧空气

62水溶液用于检验微成的存在

7（）的还原性用于鉴定2+和3+

解答

1金属催化作用是基于在痛温高压下，熔化「的及石墨大面积地接触同时两种同素异形

体在熔体中的溶解度不同石墨的溶解度高于金刚石对石墨饱和了的熔体对金刚石而言已达到

过饱和，一旦冷却催化剂在结晶时就带动石墨使其构型快速定向地

向金刚石转化，溶解了的石墨即以金刚石形态析出

2活性炭的高比表面积成为高效吸附剂（参见节13.5.1）

3结构和性质的相似性（参见节13.1）

4沸石的吸附性（参见节13.6.3）

5沸石的分离功能（参见节13.6.3）

6基于常温下的还原性

A）（g）3O（l）2（g）（s）+2（）

黑

72EM

（白色沉淀）

2232s

（黑色沉淀）

1011解释

1和是很好半导体材料而同族的C（金刚石）和则不是

2能使人窒息死亡而2却用于制造碳酸饮料（提示从配位能力考虑）

3配制2溶液时需加入盐酸和锡粒

4甲烷热解产生的C原子在加热物体表面上沉积出混有石果的金刚石微晶

52具有直线形分子结构

6钟乳石的形成过程（提示溶有2的天然水对难溶碳酸盐矿物的转移作用）

7金属钠用于干燥健类溶剂但不能用于干燥..

8产生温室效应的原因

9玻璃（包括石英玻璃）不能用于含气体的场合

10溶于含有多硫化物杂质的2s溶液而却不溶

解答

1是否是半导体的判据只能是禁带的宽度而不能以其导电能力判断参见表

13.3

说明

2的结构显示它有路易斯酸性，具有很强的配位能力，可及低氧化态金属形成一大类非常重

要的无机配合物，其毒性的产生即及此性侦有关。例如及血红蛋白中（ID原子的结合力比祖高出

300倍过高浓度（高配体浓度有利于配位）的可使血红蛋白失去皓合6的能力导致头

痛眩晕甚至死亡。2的结构决定了它的路易斯酸性极弱，不是一个好的配体，就没有了破坏

机体中有用金属原子的作用困而无谋。非但如此,它在饱和水溶液中溶解也只有1%通过水合作

用转化为h一旦碳酸饮料的压力取消，-立即就跑出来，同叶带走了热量。

3加入暇是为了防止2的水解［0］不溶于：«（）

加入锡粒是为了防止”被氧化

*0+1/202（g）+2H3（”'（）+2H2O（1）

一旦被氧化又被粒还原为‘：2

4C原子由，热解的方法产生有人认为热解过程中同时产生的原子态氢对金刚石微晶的形

成有重要作用，原子态氢及石墨反应重新生成碳氢化合物的反应速率比及金刚石反应生成碳氢化合物的反

应速率人，从而使混杂的石墨被消除

5参见节13.5.2也可用杂化轨道理论解释中心原子C运用杂轨道及两个0

原子的价层轨道重会形成两根键自然轨道夹角为180"

2/222

2s2Ip2

fC*____________OC=O

ITITlITITl

2?笳2P旌p>

[ffiITINIM

63难溶于水但。2易溶于水它们之间存在如下平衡

3(S)2(g)Q(l)Q)2()

在地壳深处由于压力大2的分压也随之而变大，上述平衡向右移动，使」以G)2的

形式溶于地下水中。长期被含2的地下水侵蚀过的石灰岩地带就会出现溶洞，含有(,)2的地下水

流出地表后，由于压力大大减小则上述平衡句左移动，】沉淀卜来而选出2.

这种反应年复一年不断地进行若，随着3的积聚

便形成了石笋和钟乳石.

7金属钠及,会剧烈反应

8参见节13.5.2和节18.1.2

9z(s)+4(g).(g)+2H,O(l).易溶于井水解

J

3(+8ll2i<+4fL>+2[J

结果玻璃被腐蚀

10并不能溶于2s或QS水溶液中(无论冷时或热时)，但当2s或

(1)：S中含有杂质多硫离子时却可氧化"至"进而形成流代锡酸盐例如

(l)S(1)23

Sz?.却不能将*氧化成“(具有强氧化性)

1012写出下列过程的反应方程式

1用水蒸气转化法和水煤气反应制备合成气

2实验室制备少成气体

3鼓风炉炼铁

4式电石)及水反应生成乙烘

5由冶金级硅经三规硅烷制备半导体所需要的高纯硅

6，和，的水解

72在酸性介质中氧化"

8z溶于(J6的水溶液

解答

1水蒸气转化法

1000,C

i(g)2C(g)3ll2(g)(g)

水煤气

1000'C

C(s)X)(g)2(g)(g)

2(l)(g),O(l)

浓H“

浓H»

33：0j2j0i2

.Q3

2

4：(s)+2ll,O(l)()2(s)IH3(g)

5(s)+3(g)j(g)L(g)

(不纯)

产物经分储提纯后再通过上述反应的逆反应广1000下在上棒上沉积出纯硅

1000

s(g)j(g)(s)+3(g)

(纯

)

6，水解方程见题13.11(9)

<+4HJ4HM+4

2-:

7253+4H>2.+56ll.O

8101+83.2+4^0

O+4«2Q%+2IU)

9

1013从热力学因素考虑所有四卤甲烷都能发生下述水解反应

<(g或l)+2H20(l)Jg)+4()

但，和，的水解速率极慢，你能给出动力学上的原因吗(提示：从空间因素考虑)

,和4的水解反应速率能否支持你提出的观点。

解答

参见表13.9,由于从•的半径增大，变形性增大，同时C-X键的键能随下降分别为485、

327、285、•因而，的水解速率从FI增大。即是说H：O中氧

原子对.的亲核反应速率由于空间效应从F-I增大(4个或4个严密地包围了

C原子)。水解速率也随之增大，因而，和，不但是热力学上的稳定物质，而且是动力学上的稳定物

质。

1014一个简单钠沸石笼的骨架中有多少个桥靠原子用文字描述

图13.5中A型沸石结构中心的多面体(超级笼)

A的组成为12(2)12(2)1220图13.5有24个顶角因此和原子总数为24因此应有48个氧原

子文字叙述参见节13.6.3

1015当今发展中的硅无机高分了•材料布.哪两大类你能找出两种结构式［见课文中的

图(13.20)和图(13.22)］之间的关系吗

解答

参见节13.6.3

1016据认为，0,（铅丹）中存在（ID和（N）两和氧化态你能从化学和结构证

据作出适当说明吗？

解答

参见节13.9.I其结构由1V（X八面体的链组成这些链之间是以（）周围配位3

个氧原子呈校形的原子团连接的

第三组

1017回答下列

用途所依据的性质可能情况下

舄出相关的反应式

OO

•MXIV）i-或用于高温冶炼

中Pb（n）过程降低反应温度

2P。,,用作高效干燥

剂

3*的某些性质用于检

验肺毒

PbjOs的结构

4亚磷酸盐和次磷酸

盐都可作温和还原剂

5s加于弑磺酸制备超强质子酸

解答

12或易及高温冶炼过程中的杂质氧化物形成硅酸盐或碳酸盐沉淀是一放热反

应同时因密度小又浮在反应物上层,版小了热量损失，特别是？及的反应（造渣反应）

可使一些原本不能进行的反应能进行这便是反应的偶合

2PQ,。不但极易吸水生成H；..甚至可以夺取某些化合物的HQ

13在无氧条件下通过加热的玻璃管形成亮黑色的碎镜称为马氏试脚法

加热

2,2+3IL

另外3的还原性可还原.而形成银镜称为古氏试岫法

力口热

2rH23+3H6+12rH2

4磷酸根的氧化数为+3次磷酸根的氧数为+1在水溶液（特别是在碱性溶液中）

都是还原剂

酸性溶液

H.“+2+2*H；,J20E0.276V

乩“+2+2=H.^0E0.499V

碱性溶液

522,

P（）5'^2H2O2e-=HPO?+3OH'上.1.I2V一、

P（）^+2H2O-2C'—H2IH）2+3OITE'-1.565V在此体系中

有一半3F接受

质子而形成电共腕酸酸性显然比氟碱酸强得多，另外生成大的负离了•括。3由于负电荷

分散而特别稳定

10.18解释

I白磷的活泼性远高于、

2碎酸的存在形式是H“而锚酸则是H[（）.,]

3WV）和（V）的氧化能力比同族中介于它们之间的三个元素在+5氧化态时都要强（提示：

考虑元素的电负性变化趋势和情性电子对效应）

4「的组成和性质及.相似但前者摄入人体却引起中毒

5s在气态是个分子化合物（三角双锥结构）而固态则是离子化合物

6H”（磷酸）（亚磷酸）和IL（次瞬酸）的化学式中均有3个H原子它们却分别是三

元酸二元酸和•元酸

解答

1氮是第二周期元素半径枝小易形成多重键N?分子是由三重组键键合而成键能942

这一结构决定了它的化学性质不活泼而磷是第三周期元素半径较大不易形

成多重健单质磷由4个P原子通过单键键合而形成四面体结构在此P—P—P的键角只能

是60°,比纯P轨道形成的键角（9（0小得多（实际上P,分子中P—P钳还含有少量的s,d轨道成

分）可见P-P键是受张力作用而重弯他的键，使P-P健的键能只有201।•故很易断开使白磷具

有了很高的化学活性

2碑（V）含氧酸的形式为H,.是因为它是一种三元酸及H；,1组成形式相同为3杂

化而睇（V）的含氧酸是一元酸（V）为小杂化和同周期的hh一样H［（）0］中周围排布着6

个基形成八面体结构

3N的半径小同族里也负性最大，反应过程自然易得到电子，N（V）的氧化能力就特别强,

甚至被还原为N23形*式，而因悟性电子对效应，较易形成氧化数为+3的化合物，呈”形式因而

（V）的氧化能力也强

4-的组成和性质及I,相似才容易进入细胞里.但及P不同的是一的氧化性比/强的多在细胞

里易被还原为有毒的（in）物种毒性就产生raw这个软原子对含成氨基岐中s原子的强亲和力使肌体受

芈

5$在气态时是三角双锥形p原子采取5d杂化，而当成固态时$的p倾向于达到六

配位生成CJ离子（正八面体P原子采取廿杂化）而另一分子的S提供了后使形成［J离子。正四

面体P原子采取"杂化这样形成了离子晶体其产生的品格能是转移的驱动力，固态

的5标准生成的为-463I,但易升华（162度）

6可从其结构看出：由于可从羟基氧上电离出的分别为3、2、

1因此它们分别为三元酸、二元酸和一元酸

掌握氮的重

要氧化态之

00

IIII间的转化关

pW—0—P—0—H系

/0—H-

-H-yI

写出固氮的

・7键

3个反应方

HP0HP0H3P。2

3433程式并注明

反应条

件工业上选用其中一个反应在大规模合成时号虑的主要因素是什么

2以a和其他适当的原料为起始物合成氮的下列正辄化态化合物（以反应式表

7JS）23

2

3以：,和其他适当的原料为起始物合成氮的下列负氧化态化合物（以反应式表

示）N此2」（提示尽管含氮物种的乳化还原行为相当第杂

但还是能够归纳出某些规律由必合成含氮化合物总是先将其还原为最低氧化态的

3因而氨在含氮化合物的合成中占有居高临卜的地

位以、为起始物通过多步氧化合成氮的+2、+4和+5氧化态

化合物。同样重要的+3氧化态物种则是由+4氧化态物种歧化得到的，除-3之外其他3个重要负氧化态

(-2、-1T/3)物种分别通过低氧化态物种的氧化，高氧化态物种的还原和高低氧化态物种之间的反歧

化过程制备本习题的全部答案可从课文中找到目的主要是让学生建立起清晰的概念)

解答

500,C,3X10,

IV3H2

铁触媒

4000,C

放电

常温

M(g)+6(s)2,N(s

工业上选用第一个反应大规模合成时考虑的主:要因素是原料易得(H2比易制价格低)反应条件易控

制产品量大并可直接将产物利用

1000

14.x(g)+5OAg)4(g)+6IW(l)

催化剂

22

3成3

J3

加热

23222

冷

22M

2()+2300(3)2()-()

50c

NO⑶8203()20(1)3O+2X0

10.20尿系是当今世界上产量最大的含粼化合物忒写出以，和：为原料生产尿索的两步

主要反应