北师大无机化学四版习题答案14章碳硅硼

《北师大无机化学四版习题答案14章碳硅硼》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北师大无机化学四版习题答案14章碳硅硼（7页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、.第14章碳、硅、硼14.1. 比照等电子体CO与N2的分子构造及主要物理、化学性质。解：CO和N2是等电子体14e，分子轨道能级图相似，分子中都有三重键：NN、，键能相近。一般条件下，两种物质都是气体，很少溶于水；熔、沸点，临界压力，临界温度等一些物理性质也相似。但CO和N2分子中三重键特点并不完全一样，N2分子中负电荷分布是对称的，而CO却是不对称的。C原子略带负电荷，再加上C的电负性比N小，因此CO比N2较易给出电子对向过渡金属原子离子配位，除形成配键外，还有反响键形成，故生成的配合物较稳定。而N2的配位能力远不如CO，分子氮配合物远不如羰基化合物稳定。所以CO的键能虽比N2略大，但化学

2、性质却比N2要活泼，不象N2那样“惰性。14.2概述CO的实验室制法及收集方法，写出CO与以下物质起反响的方程式并注明反响的条件：1Ni ；2CuCl ；3NaOH ；4H2 ；5PdCl2解：CO的实验室制法：用排水集气法收集。12345CO + PdCl2 + H2O = Pd + CO2 + 2HCl14.3. 某实验室备有CCl4、干冰和泡沫灭火器内为Al2(SO4)3和NaHCO3，还有水源和砂。假设有以下失火情况，各宜用哪种方法灭火并说明理由：1金属镁着火； 2金属钠着火；3黄磷着火； 4油着火； 5木器着火。解：CCl4干冰泡沫灭火器水砂 理由 1MgMg和CO2、酸、水反响2N

3、a Na和水、酸反响3P4P4和上述物质不起反响4油5木器14.4. 标准状况时，CO2的溶解度为170mL/100g水：1计算在此条件下，溶液中H2CO3的实际浓度。2假定溶解的CO2全部转变为H2CO3，在此条件下，溶液的pH值是多少？解：1溶解在水中的CO2大局部以弱的水合分子存在，只有1% 4%的CO2与H2O反响生成H2CO3，实验测得：CO2/ H2CO3 600标况下，CO2的摩尔溶解度为：1.70L / 22.4Lmol1 7.59 10 2 moldm3溶液中H2CO3的实际浓度： H2CO3 1/600 CO2 7.59 10 2 / 600 1.27 10 4 moldm

4、3 2平衡浓度 7.59 10 2* xH+ x (7.59 10 2 4.3 10 7 )1/2 1.81 10 4 moldm3pH lgH+lg1.81 104 3.7414.5. 将含有Na2CO3和NaHCO3的固体混合物60.0g溶于少量水后稀释到2.00L，测得该溶液的pH为10.6，试计算原来的混合物中含Na2CO3及NaHCO3各多少克？解：Na2CO3和NaHCO3水溶液为缓冲溶液pH 10.6 H+2.51 10 11 moldm3 H+K2 (C NaHCO3 /C Na2CO3 )设固体混合物中Na2CO3的含量为x克，NaHCO3的含量为(60.0x)克 x 44.

5、3克那么NaHCO3的含量 60.0 44.3 15.7 克14.6. 试分别计算0.1moldm3NH4HCO3和0.1moldm3NH42CO3溶液的pH。提示：NH4HCO3按弱酸弱碱盐水解计算。：NH3H2O Kb 1.7710 5；H2CO3K1 4.310 7 ，K2 5.6110 1110.1moldm3NH4HCO3溶液pH值：平衡浓度moldm3 0.1x 0.1x x xKhKw / KNH3H2O K1H2CO3 1.010 14 / (1.7710 54.310 7) 1.3110 3x / (0.1x )2 1.3110 3x / (0.1x )3.62 10 2x

6、H2CO3 3.49 10 3HCO3 0.13.49 10 3 0.0996 0.1moldm3H+ = K1H2CO3 / HCO3 (4.310 73.49 10 3) / 0.1 1.510 8pH lgH+ lg1.5 10 8 7.8220.1moldm3(NH4)2CO3溶液pH值：平衡浓度molL1 0.2x 0.1x x xKhKw / K NH3H2O K2 H2CO31.010 14 / (1.7710 55.6110 11) = 10.07x2 / (0.2x)(0.1x) 10.07 x 0.0922H+ K2HCO3 / CO32 (5.6110 110.0922)

7、 / (0.10.0922) 6.63 10 10pHlgH+lg6.63 10 10 9.1814.7在0.2moldm3的Ca2+盐溶液中，参加等浓度、等体积的Na2CO3溶液，将得到什么产物？假设以0.2moldm3的Cu2+代替Ca2+盐，产物是什么？再以0.2moldm3的Al3+盐代替Ca2+盐，产物又是什么？试从溶度积计算说明。解：CaCO3Ksp 4.96 10 9 CuCO3Ksp 1.4 10 10 Ca(OH)2 Ksp 4.68 10 6 Cu(OH)2 Ksp 2.6 10 19 Al(OH)3 Ksp 1.3 10 33溶液中Ca2+ Cu2+ Al3+ CO32

8、0.1moldm3OH (Kw / K2 Ca盐)1/2 (1.010 14 / 5.6110 11 )0.11/2 4.22 10 31 Ca2+CO32 102 4.68 10 6 (Ksp CaCO3)Ca2+OH2 0.1 (4.22 10 3)2 1.78 10 6 1.4 10 10 (Ksp CuCO3)Cu2+OH2 0.1 (4.22 10 3)2 1.78 10 62.6 10 19 (Ksp Cu(OH)2 )故有Cu2(OH)2 CO3沉淀析出3Al(OH)3的溶度积极小，Al3+和CO32完全水解，故生成氢氧化物沉淀。Al3+OH3 0.1 (4.22 10 3)3

9、7.5 10 4 1.3 10 33 (Ksp Al(OH)3 )14.8. 比拟以下各对碳酸盐热稳定性的大小1Na2CO3和BeCO3 2NaHCO3和Na2CO33MgCO3和BaCO3 4PbCO3和CaCO3解：含氧酸盐热稳定性和金属离子的极化力大小有关，离子势Z/r大、或18 、18+2电子构型的金属离子，对酸根的反极化作用大，酸根中RO键易断，含氧酸盐变得不稳定。1Na2CO3 BeCO3，因为Be2+的离子势Z/r比Na+的大。对CO32的反极化作用强。2NaHCO3 Na2CO3，因为H+是裸露质子，半径又很小，正电荷密度大，反极化作用特别强。3MgCO3 BaCO3，因为r

10、Mg2+ r Ba2+ ，Mg2+的Z/r比Ba2+的大，极化能力比Ba2+强。4PbCO3 CaCO3，因为Pb2+为18+2电子构型，极化能力比8电子构型的Ca2+大。14.9. 如何鉴别以下各组物质：1Na2CO3、Na2SiO3、Na2B4O710H2O2NaHCO3、Na2CO33CH4、SiH4解：1分别于三种溶液中加酸，有气体CO2放出者为Na2CO3，有白色沉淀析出者可能是Na2SiO3或Na2B4O710H2O 。再分别取二者溶液，参加浓H2SO4和甲醇，并点燃，有绿色火焰产生者为Na2B4O710H2O。2分别用pH试纸检验两溶液，pH 11，溶液呈强碱性者为Na2CO3，

11、pH在8左右为弱碱性者为NaHCO3。也可以分别将两固体加热，容易分解产生CO2气体者为NaHCO3，而Na2CO3加热到熔化也不分解。3分别将两种气体通入AgNO3溶液中，有黑色Ag析出者为SiH4 。14.10. 怎样净化以下两种气体：1含有少量CO2、O2和H2O等杂质的CO气体。2含有少量H2O、CO、O2、N2及微量H2S和SO2杂质的CO2气体。解：1将含有杂质的CO气体，首先通过连二亚硫酸钠的碱性溶液吸收O2：2Na2S2O4+ O2 + 4NaOH 4Na2SO3+ 2H2O然后，再依次通过Ca(OH)2溶液、浓H2SO4以吸收CO2和H2O。2将含有杂质的CO2气体通过冷的、

12、浓K2CO3溶液吸收CO2，CO、O2、N2不被吸收，H2S、SO2也同时被吸收，但产物不同：CO2+ K2CO3+ H2O 2KHCO3SO2+ K2CO3 K2SO3+ CO2H2S+ K2CO3 K2S+ H2O+ CO2将吸收过CO2的KHCO3溶液再加热，CO2即逸出。经浓H2SO4枯燥后即可得纯洁、枯燥的CO2。14.11. 试说明以下现象的原因：1制备纯硼或硅时，用氢气作复原剂比用活泼金属或碳好；2硼砂的水溶液是缓冲溶液。3装有水玻璃的试剂瓶长期敞开瓶口后，水玻璃变浑浊。4石棉和滑石都是硅酸盐，石棉具有纤维性质，而滑石可作润滑剂。解：1用活泼金属或碳作复原剂，制备出来的硼或硅会和

13、金属或碳生成金属化合物或碳化物。2硼砂Na2B4O5(OH)48H2O水解产生共轭酸碱对：H3BO3是酸，B(OH)4是共轭碱。3水玻璃Na2SiO3接触空气后，与CO2作用，加速水解。SiO32 + 2H2O H2SiO3 + 2OHH2SiO3不溶于水，故使溶液变浑浊。4石棉为链状硅酸盐构造，故具有纤维性质；而滑石组分中的硅酸盐阴离子为片状构造，金属离子存在于片层之间，片与片之间容易相对滑动，故滑石有润滑感。14.12. 试说明以下事实的原因；1常温常压下，CO2为气体而SiO2为固体。2CF4不水解，而BF3和SiF4都水解。3BF3和SiF4水解产物中，除有相应的含氧酸外，前者生成BF

14、4，而后者却是SiF62。解：1C 、O均为第二周期元素，形成pp键的倾向强，CO2分子中除有键外，还有两个键，加强了分子的稳定性。因此，它的晶体类型是以小分子CO2为构造单元组成的分子晶体，熔、沸点低，故常温常压下为气体。Si是第三周期元素，形成pp键的能力弱，倾向于形成多个单键以增加键能，降低体系能量，因此SiO2是以SiO四面体为构造单元组成的原子晶体，熔沸点极高，常温常压下为固体。2非金属卤化物水解条件之一是中心原子要有空轨道，承受水分子中氧原子的孤对电子。CF4中C的配位数已饱和，没有空轨道承受H2O配位。BF3为缺电子分子，尚有一个空的p轨道可利用；SiF4中原子有空的3d轨道，它

15、们都能承受H2O分子配位，故能水解。34BF3 + 3H2O H3BO3 + 3H+ + 3BF43SiF4 + 4H2O H4SiO4 + 4H+ + 2SiF62因为B的最大配位数只能是4，故生成BF4，而Si可利用空的3d轨道成键，配位数可扩大到6，故生成SiF62。14.13. 试说明硅为何不溶于氧化性的酸如浓硝酸溶液中，却分别溶于碱溶液及HNO3与HF组成的混合溶液中。解：在氧化性酸中，Si被氧化时在其外表形成阻止进一步反响的致密的氧化物薄膜，故不溶于氧化性酸中。HF的存在可消除Si外表的氧化物薄膜，生成可溶性的SiF62，所以Si可溶于HNO3和HF的混合溶液中。Si是非金属，可和

16、碱反响放出H2，同时生成的碱金属硅酸盐可溶，也促使了反响的进展。14.14. 试解释以下现象：1甲烷既没有酸性，也没有碱性；2硅烷的复原性比烷烃强；3硅的卤化物比氢化物容易成链；4BH3有二聚物B2H6，而BX3却不形成二聚体。解：1CH键是共价性的，又因C和H原子半径均较小，具有较小的极化性，因此在H2O分子的影响下，CH4不产生H+，故不显酸性。又因在CH4分子中，C原子外层无孤对电子及空轨道，不能承受H+，故也不显碱性。2H的电负性xp=2.1介于Cxp=2.5和Sixp=1.8之间，SiH4中H表现负氧化态；同时ESi-Si和ESi-H均分别比EC-C和EC-H小，硅烷不稳定。所以硅烷

17、的复原性比烷烃强。3硅的卤化物中存在着d-p配键，使SiX键键能增加，故易于成链。4BH3为缺电子分子，通过形成3C2e的多中心键以B2H6二聚体形式存在，解决了缺电子问题。BF3虽也是缺电子分子，但F有孤对电子，可提供占有电子对的p轨道与B原子形成离域键，增加了BF键键能，缓和了缺电子的问题。14.15说明以下物质的组成、制法及用途。1泡花碱 ；2硅胶 ；3人造分子筛；解：1泡花碱是市售水玻璃的俗名，它是多种硅酸盐的混合物，其化学组成为Na2OnSiO2，工业生产方法是将石英砂(SiO2)，Na2SO4和煤粉(C)混合后置于反射炉内于1373K1623K时反响，产品是玻璃块状物，主要用途是作

18、粘合剂、防腐剂、软水剂。也是制硅胶及分子筛的原料。(2) 硅胶：在硅酸钠Na2SiO3溶液中加酸，单个硅酸分子逐渐缩合为多硅酸的胶体溶液硅酸溶液，当浓度足够大时，就得到硅酸凝胶含水量较大、软和透明的、有弹性的物质，将硅酸凝胶洗涤，枯燥，脱去局部水后就得到硅胶多孔性、稍透明的白色固体，因其外表积大，主要用作枯燥剂和催化剂载体。(3) 人造分子筛：它是一类人工制造的铝硅酸盐，以实验室常用的A型分子筛为例，它的组成一般为：Na2OAl2O32SiO25H2O，是用水玻璃、偏铝酸钠、氢氧化钠和水按一定的配比，控制适当的温度使其充分反响而制得。分子筛具有极强的吸附能力和离子交换能力，主要用作吸附剂、枯燥

19、剂以及催化剂和催化剂载体。14.16.为什么BH3的二聚过程不能用分子中形成氢键来解释？B2H6分子中的化学键有什么特殊性？“三中心二电子键和一般的共价键有什么不同？解：因为B原子没有未共用的电子对，并且也不带有负的有效电荷，故BH3分子间不可能形成氢键。B2H6分子中共有14个原子轨道，却只有12个电子，不可能都形成2C2e的正常共价键，只能通过形成缺电子的多中心键，充分利用B的空轨道又解决了缺电子问题，所以在B2H6中，除有4个BH共价键外，还有2个3C2e的氢桥键，它和一般的共价键不同处就是成键的电子数小于成键的轨道数。14.17. B6H10的构造中有多少种形式的化学键？各有多少个？解

20、：B6H10中有4种形式的化学键：2C2e BH 共价键 6个3C2e 氢桥键 4个 闭合式 3C2e 硼键 2个 2C2e BB 共价键2个14.18. H3BO3和H3PO3组成相似，为什么前者为一元路易斯酸，而后者那么为二元质子酸，试从构造上加以解释。解：H3BO3为缺电子分子，每个硼原子用3个sp2杂化轨道与3个氢氧根成键，尚余1个空的p轨道可承受来自H2O分子中OH上的孤对电子而释放出H+，故为一元路易斯酸。H3PO3分子中含有2个羟基氧，故为二元质子酸。14.19. 写出以硼砂为原料制备以下物质的反响方程式。1硼酸 2三氟化硼 3硼氢化钠解：(1) (2) B2O3 + 3H2SO

21、4 + 3CaF2 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O(3) BF3 + 4NaH NaBH4 + 3NaF14.20. 完成并配平以下反响：(1) Si + HNO3 + HF (2) Na2B4O7 + HCl + H2O (3) BF3 + Na2CO3 + H2O (4) Ca2Si+ HCl 5 (6)Be2C+ H2O (7) SiO2 + C + Cl2 (8) B2H6 + Cl2 9 (10) Si2H6 + H2O (11) B2H6 + NH3 (12) B2H6 + LiH (13) Na2SO4 + C+ SiO2 解：(1) 3Si + 4HNO3 + 18H

22、F 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O(2) Na2B4O7 + 2HCl + 3H2O 4H3BO3+ 2NaCl(3) 4BF3 + 2Na2CO3 3NaBF4 + 2CO2 + NaBO2(4) Ca2Si+ 4HCl 2CaCl2 + SiH4(5) (6) Be2C + 4H2O 2Be(OH)2 + CH4(7) (8) B2H6 + 6Cl2 2BCl3 + 6HCl(9) (10) Si2H6 +(4+n) H2O 2SiO2nH2O + 7H2(11) 2B2H6 + 6NH3 2B3N3H6 + 12H2(12) B2H6 + 2LiH 2LiBH4(13) Na2

23、SO4 + C+ SiO2 Na2SiO3 + SO2 + CO14.21. 试计算：1把1.5g H3BO3溶于100mL水中，所得溶液pH为多少？2把足量Na2CO3参加75吨的纯硬硼钙石中，假定转化率为85%，问所得硼砂的质量是多少？H3BO3 K1 = 7.3 10 10解：1H3BO3的摩尔质量61.81 gmol1H3BO3的摩尔浓度 1.5 1000 / (61.81 100) = 0.2426 molL1 H+ (7.3 10 10 0.2426)1/2 1.33 10 5 pH 4.882硬硼钙石组成：Ca2B6O11 5H2OCa2B6O11 5H2O + 2Na2CO3

24、+ 5H2O = Na2B4O5 (OH)4 8H2O + 2NaBO2 + 2CaCO34NaBO2 + CO2 + 10H2O = Na2B4O5 (OH)4 8H2O + Na2CO31份 Ca2B6O11 5H2O 1.5份Na2B4O5 (OH)4 8H2O 412 573 75 x x 573 75 / 412 104.3吨按转化率85%计算，所得硼砂质量为：104.385% 88.66吨即8.9 10 4kg14.22.两种气态硼氢化物的化学式和密度如下：BH3在290K和53978Pa时的密度为0.629 gL1 ；B2H5在292K和6916Pa时的密度为0.1553 gL1

25、 。这两种化合物的相对分子质量各是多少？写出它们的分子式。解：BH3的相对分子质量 = (0.629 / 53.978) 8.314 290 28.1分子量为最简式BH3式量14的2倍，故分子式为B2H6。B2H5的相对分子质量 (0.1553 / 6.916) 8.314 29254.51分子量为最简式B2H5式量27的2倍，故分子式为B4H10。14.23. 有人根据以下反响制备了一些硼烷：假设产率为100%，用5g BF3和10.0g LiAlH4反响能得到多少克B2H6？制备时，由于用了未经很好枯燥的乙醚，有些B2H6与水反响损失了，假设水的质量为0.01g，试计算损失了多少克B2H6

26、？解：BF3的摩尔质量67.81 gmol1LiAlH4的摩尔质量 37.92 gmol1反响中BF3的摩尔数 5 / 67.81 = 0.0737 mol按反响式中BF3和LiAlH4的计量关系，LiAlH4的用量是过量的，故生成B2H6的量按BF3的用量计算。467.81 227.62 5 x x 2 27.62 5 / (4 67.81) 1.018gB2H6与少量水反响后，损失的量为：B2H6+ 6H2O = 2H3BO3 + 6H2 27.62 108 x 0.01 x 27.62 0.01 / 1080.0026g14.24. 体积为50mL的CO、CO2和H2组成的混合气体与25

27、mL O2在室温及1.01 103 kPa压力下点燃，爆炸后在上述同样的温度和压力下测得总体积为37mL 。把这37mL气体用KOH溶液吸收，最后剩下5mL不能吸收的气体，计算原混合气体中各组分气体的体积分数。解：设原混合气体中：COa mL CO2b mL H2c mL由题意可知： a + b+ c 50mLV1(O2) 25mL a + b + c + V1(O2) 75mL该混合气体与O2在室温和1.01 103 kPa下点燃，其反响为：反响后的混合气体经KOH吸收CO2后，还剩余5mL“残气。从反响可知，1体积CO转变为1体积CO2 ，故a + b 375 32mL c 5032 18mL从反响可知，18mL H2需9mLO2与之完全反响生成水，因此，混合气体与O2点燃反响后，由于H2与O2反响气体体积减少了27mL ；由于CO氧化为CO2 ，气体体积减少了11mL ，即：75273711mL由反响可知，原来混合气体中CO的体积为22 mL ，那么CO2的体积 b 3222 10 mL反响后剩余O2的体积V2(O2) 25119 5 mL原混合气体中各组分气体的体积分数：V(CO) 22/50 100% 44%V(CO2) 10/50 100% 20%V(H2 ) 18/50 100% 36%. v