无机化学(北师大等三校编,第四版,高教版,-2003)习题答案

面向二十一世纪教材北京师范大学、华中师范大学、南京师范大学编无机化学(第四版，北京:高等教育出版社,2003)习题答案第一章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]4s24p31-2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+1-3Li+、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，ⅦA族，第三周期（b）d区，Ⅷ族，第四周期（c）s区，ⅡA族，第五周期（d）f区，ⅢB族，第六周期（e）ds区，ⅠB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ⅣB族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2；Ge位于第四周期ⅣA族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2；Ag位于第五周期ⅠB族，它的基态原子的电子组态为[Kr]4d105s1；Rb位于第五周期ⅠA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。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ⅣB族，+4氧化态离子的电子构型为[Kr]，即1s22s22p63s23p63d104s24p6,相应氧化物为AO2。第二章分子结构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σ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]σ2s2σ*2s2.键级为0。B2、O2有顺磁性。分子轨道组态分别为：B2：[He2]σ2s2σ*2s2π2px1π2py1；O2：[He2]σ2s2σ*2s2σ2p2π2px2π2py2π*2px1π*2py1;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σ2p轨道和π2p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，π2p*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：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。第四章配位化合物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（Ⅲ）Co+3K2[Co(NCS)4]四异硫氰根合钴（Ⅱ）酸钾Co+2H2[PtCl6]六氯合铂（Ⅳ）酸Pt+4[CrCl(NH3)5]Cl2氯化一氯五氨合铬（Ⅲ）Cr+3K2[Zn(OH)4]四羟合锌（Ⅱ）酸钾Zn+2[PtCl2(NH3)2]二氯二氨合铂（Ⅱ）Pt+24-2写出下列配合物的化学式⑴氯化二氯一水三氨合钴（Ⅲ）⑵六氯合铂（Ⅳ）酸钾⑶二氯四硫氰合铬酸铵⑷二（草酸根）二氨合钴（Ⅲ）酸钙答：⑴[CoCl2(H2O)(NH3)3]Cl⑵K2[PtCl6]⑶(NH4)3[Cr(SCN)4Cl2]⑷Ca[Co(C2O4)2(NH3)2]24-3五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Fe3+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Fe3+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。第五章化学热力学基础5-4测得2.96ｇ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。解：理想气体状态方程：PV=NRT=MmRT∴Cl2的体积V：V=MmPRT=aakPmolgKKmolkPLg9771288314.815111×⋅×⋅⋅⋅×−−−=5.20L5-520℃，97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L，求该气体的摩尔质量。解：PV=nRT=MmRTM=PVmRT=LkPKKmolkPLgaa400.097293314.8842.011××⋅⋅⋅×−−=52.86g·mol-15-6测得2.96ｇ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。解：PV=nRT=MmRT60kPa×1L=Mg96.2×8.314L·kPa·mol-1·K-1×680K∴氯化汞蒸汽的摩尔质量为：M=278.91gmol-1其分子式为HgCl25-7在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.597gL-1，求硫蒸气的摩尔质量和化学式。解：PV=nRT=MmRT硫蒸气的摩尔质量：M=VmPRT=ρPRT=aakPKKmolkPLLg971273314.85977.0111×⋅⋅⋅×⋅−−−=65.2g·mol-1硫蒸气的分子式为：S25-8解：在25℃时将相同压力的5.0Ｌ氮气和15Ｌ氧气压缩到一个10.0Ｌ的真空容器中，测得混合气体的总压为150kPa，⑴求两种气体的初始压力；⑵求混合气体中氮和氧的分压；⑶将温度上升到210℃，容器的总压。（1）等温条件下：P1V1＝P2V2气体的初始压力P1为：P1＝122VVP＝LLkPa0.200.10150×＝75kPa(2)根据分压定律：PB＝χBBBP混合气体中氮和氧的分压分别为：PN2＝150.50.5+150Pa＝37.5kPaPO2＝150.50.15+150Pa＝112.5kPa(3)当容器温度上升到483K时，容器的压力P为：P＝22TPT＝KkPa298150×483k=243kPa5-11以下哪些关系式是正确的？说明理由。（p、Ｖ、ｎ无下标时表示混合气体的总压、总体积和总物质的量）正确的关系式为：PVB＝nBBBRTPBV＝nBBBRTPV＝nRT5-12以下系统内各有几个相？⑴水溶性蛋白质的水溶液；⑵氢氧混合气体；⑶盐酸与铁块发生反应的系统；⑷超临界状态的水。解：(1)1相(2)1相(3)3相(4)1相5-1310g水在373K和100Pa下气化，所做的功多大？（设水蒸气为理想气体）解:W＝–PΔV＝–P（V2－V1）＝–PV2＝–nRT＝–10g/18g·mol-1×8.314L·kPa·mol-1·K-1×373K=–1722.8kJ5-21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)＝6N2(g)＋10H2O(g)＋12CO2(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。解：4C3H5(NO3)3(l)=6N2(g)+10H2O(g)+12CO2(g)+O2(g)ΔfHөm/kJ·mol-1-3550-241.818-393.5090ΔrHөm=(-241.818)×10+(-393.509)×12–(-355)×4=-5720.288kJ·mol-15-23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-2840kJ/mol，利用本书附表数据计算它的燃烧热。解：C6H12O6+6O2＝6CO2+6H2OΔfHөm/kJ·mol-1-12730-393.5-285.8ΔrHөm=(-285.8)×6+(-393.509)×6–(-1273)=-2802.8kJ·mol-1C6H12O6的摩尔质量为180g·mol-1∴C6H12O6的燃烧值为：2802.8÷180=15.57kJ·g-15-26熵增加的反应为：(1)(3)(5)(6)熵减少的反应为：(2)(4)5-31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？解：CaCO3(s)=CaO(s)+CO2(g)ΔrHөm(298K)=(-653.09)+(-393.509)-(-1206.92)=178.32kJ·mol-10是吸热反应.ΔrSөm(298K)=39.75+213.74–92.9=160.59J·mol-1·K熵增大反应该分解反应属于吸热熵增加型反应，在温度达到某临界点之前，ΔrGөm0，反应不自发。高于该临界点时ΔrGөm0，反应自发，正处于临界点温度时，ΔrGөm＝0，因此有：0＝ΔrGөm(T)≈ΔrHөm(298K)-TΔrSөm(298K)分解时的温度为：T≈ΔrHөm(298K)/ΔrSөm(298K)=178.32×1000/160.59=1110K当系统内的气体压力为10Pa时，0=ΔrGm(T)＝ΔrGөm(T)+RTlnJ＝ΔrGөm(T)+RTln[