无机合成化学简明教程答案高胜利 (修复的)

11.从金属活泼性看,钠略弱于钾，但是工业上却是用钠还原熔融态氯化钾的方法制备 金属钾。理由何在？ 工业上于 850℃时用钠还原熔融态氯化钾的方法制备金属钾： 虽然△fHθ m[NaCl(s)]=-411kJ· mol-1,△fHθ m[KCl(s)]=-435 kJ· mol-1, 上述反应正向是 吸收能量即△rHθ m 为正值的反应。但因钾比钠容易挥发,沸点分别为 756.5℃、881℃,在该 温度下钾为气态即正向是熵增过程得以进行。 12.何谓高温下的化学转移反应？它主要应用在无机合成的哪些方面？ 化学转移反应（chemical transport reaction）是一种固体或液体物质 A 在一定的温度下与一 种气体 B 反应，形成气相产物，这个气相反应产物在体系的不同温度部分又发生逆反应， 结果重新得到 A。这个过程似乎像一个升华或者蒸馏过程，但是在这样一个温度下，物质 A 并没有经过一个它应该有的蒸气相，又用到了物质 B（转移试剂） ，所以称化学转移。 应用： 化学转移反应广泛应用在新化合物合成、 物质的分离提纯和大而完美的单晶生长以及 测定一些热力学数据等方面。 13.试绘制转移反应实验装置原理示意图，指明如何根据反应热的符号选择不同区域温度的 高低。
第三章低温合成
1.温度与物性有怎样的关系？什么是物质的第五态？ 物质的第五态就是玻色-爱因斯坦凝聚(Bose-Einstein condensation，简称 BEC)，它是科学巨 匠爱因斯坦在 80 多年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度足够低时， 会突然聚集在一种尽可能低的能量状态， 即处于不同状态的原子 “凝聚” 到了同一种状态(一 般是基态) 。 2.为什么稀有气体化合物总是在低温或超低温下合成？ 由于稀有气体自身就是在低温下进行分离纯化的， 因此它们的一些化合物也是在低温下进行 的。 3.实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种？各举一例。 ⑴ 恒温低温浴， 低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变制冷浴。 ⑵ 制冷产生低 温，科学研究中使用的大型氦制冷机。⑶ 低温恒温器。⑷ 储存液化气体的装置，① 储存 液化气体的杜瓦瓶② 储存液化气体的钢瓶。 ⑸ 低温的测量① 蒸气压温度计② 低温热 电偶③ 低温电阻温度计
再合并另一个反应 B，反应 B 又符合下面两个条件：①反应 B 能把反应 A 中不需要的产物
消耗掉；②反应 B 的
为很大的负值，能使总反应
于是，原来单独不能自发进行的反应 A，在反应 B 的帮助下，合并在一起的总反应就可以 进行了。这种情况称为偶合反应（coupled reaction） 。单质磷的制备 8. 利用标准平衡常数可以帮助我们选择反应条件，最大程度地完成所需化合物的合成。如 何利用已知化学反应的标准平衡常数来计算所要讨论反应的平衡常数？
Na(l) KCl(l) K(g) NaCl(l)
图中示意在温度梯度下固体物质转移的理想化流动装置。 显然， 由于作为转移反应中的传输 剂气体在与原料反应之后生成的是气体化合物， 并要充分满足一定的蒸气压使之向生长端转 移，传输剂还得在管中往返转移，因此，真空条件是必不可少的。 通常，温度和浓度是影响转移反应的重要因素。可逆的多相反应达到平衡时，即 A(s) B(g) C(g) ，其平衡常数为 Kp=pC/pB；在原料放置区，即图中的 T1 段,A 和 B 尽 可能生成 C 并向沉淀区转移，在沉淀区（T2） ，C 尽可能分解沉积出 A。这就要求△T 不要 太大，Kp 尽可能接近 1，即平衡时气体的分压应近似相等才好。 举例：化学蒸气转移制备 TaS2 晶体: TaS2 (s) 2I 2 (g) TaI4 (g) S2 (g) ，由于是吸热反 应， 平衡常数随温度上升而增大， 850℃时的挥发性产物的分压比 750 ℃时的分压大， 因此， TaS2 在温度较低的一端沉积。 14.熔盐电解法制备金属钠时，为何要加入熔融的 NaCl 或 CaCl2?为何不能使用同样的方法 电解制备金属钾？ 15.什么是等离子体超高温合成？它主要有哪些方面的用途？ 等离子体激光、聚焦等作用可以产生极高的温度用来进行超高温合成。① 等离子体冶炼： 用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料。 ② 等离子体喷涂： 许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、 抗高温，为此需要在其表面喷涂一层具有特殊性能的材料。③ 等离子体焊接：可用以焊接 钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金 16.描画区域熔融提纯装置并说明其原理。为什么高温下的区域熔融是单晶生长的一种
4.在 Xe 的氟化物制备中，为什么系统要严格地隔绝湿气，所用仪器、管路应是防爆的，并 且要用镍和蒙铜制品制作？ 为了防止它与水发生反应生成 XeO4，而 XeO4 的固体极不稳定，甚至在-40 度下也发生爆 炸，而用镍和蒙铜制品是为了防止对仪器的侵蚀。 5.为什么任何碱金属与液氨反应后溶液都具有同一吸收波长的蓝光？核心物种是什么？如 何证明？ 因为它们共同形成了氨合电子，即电子处于 4-6 个 NH3 的空穴中。核心物种为氨分子，证 明就是碱金属的液氨溶液比蠢溶剂密度的小，液氨中随碱金属的浓度的增大，顺磁性减少。 6.在氨基钠的制备中，为什么特别强调整个装置的连接都是不允许漏气的？ 因为空气中的氧会和氨基钠反应并形成一种黄色含各种氧化物的表面覆盖层， 这种被氧化的 物质易爆炸，并且摩擦或加热就可引爆。 7.一般来说，非金属化合物的反应不会很完全，并且副反应较多。简述它们低温分离 的主要方法。 ① 低温下的分级冷凝，低温下的分级冷凝就是使气体混合物通过不同低温的冷阱，当有一 种气体通过冷阱后其蒸气压小于 1.3Pa，就认为是定量地捕集在冷阱中；大于 133.3Pa 的气 体能穿过冷阱，被认为不能冷凝。② 低温下的分级减压蒸发，这是分离两种沸点之差大于 80℃挥发物质最简单的方法。 ③ 低温吸附分离 从热力学可知， 物理吸附过程中吸附是放热 的。因此，吸附量将随温度的升高而降低。但当气体吸附质分子(如 N2、Ar、CO 等)的大小 与吸附剂的孔径接近时，它们的活化能很低，而且在很低的温度下，沸石的孔径发生收缩， 从而增加了这些分子在晶孔中扩散难度，就会出现特殊的情况。④ 低温化学分离，当碰到 两种化合物通过它们的挥发性的差别进行分离达不到理想结果时， 可以加上过量的第三种化 合物，第三种化合物能同其中一种形成不挥发性的化合物，这样把挥发性的组分除去之后， 再向不挥发性产物中加入过量的第四种化合物。 这第四种化合物可以从不挥发性化合物中把 原来的组分置换出来，同先前加入的第三种化合物形成不挥发性的化合物。 8. 什么是金属陶瓷？有什么特殊性质？用在 哪些方面？它们是如何在高温下制备的？ 它是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。 为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎， 在制作陶瓷的黏土中加入金属氧化物细粉制成金属 陶瓷，又称弥散增强材料 ，主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍（铍-氧化铍） 、TD 镍（镍氧化钍）等。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属黏结的金刚石工具材 料。 金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等的制备。 9. 获得高温有哪些手段？ 它是由一种或几种陶瓷相与金属相或合金所组成的复合材料。 为了使陶瓷既可以耐高温又不容易破碎， 在制作陶瓷的黏土中加入金属氧化物细粉制成金属 陶瓷，又称弥散增强材料 ，主要有烧结铝(铝-氧化铝) 、烧结铍（铍-氧化铍） 、TD 镍（镍氧化钍）等。广义的金属陶瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属黏结的金刚石工具材 料。 金属陶瓷广泛地应用于火箭、导弹、超音速飞机的外壳、燃烧室的火焰喷口等的制备。 10.高温合成技术有哪些广泛应用？ ⑴ 电阻炉；⑵ 高温箱形电阻炉 ；⑶ 碳化硅电炉：可加热到 1350℃，也可以短时间加热 到 1500℃ ；⑷ 碳管炉：用碳制管作为发热元件的电阻炉。因为它们的电阻很小，所以也 称为“短路电炉”。这种炉可以很容易地达到 2000℃的高温；⑸ 钨管炉：用钨作发热体的加 热炉。⑹感应炉；⑺ 电弧炉。
θ r Gm RT ln K θ
9. 若 反 应 CCl4(l) + 的 Pa 时, 反应的自发性增大还是减少？
H2(g)
═ HCl (g) + CHCl3(l) , 当 p(H2)=1.0×106 Pa ， p(HCl)=1.0×104
10.Pourbaix 图的实质是什么？它都有哪些方面的应用？ 它是关于电对的电极材料-参加反应各物种浓度-温度-溶液酸度的关联图。 判断氧化还原反应 进行的方向和顺序 11.学会制作水的 Pourbaix 图，说明它在无机合成中的应用。 12.如何判断图 2-27 中化合物 A、B、C、D、E 和 F 是一致溶解化合物还是不一致溶解化合 物？如何容和方法与旧时代相比有哪些变化？ 2. 为什么说无机合成化学往往是一个国家工业发展水平的标志？ 无机合成化学与国民经济的发展息息相关， 在国民经济中占有重要的地位。 工业中广泛使用 的“三酸两碱”，农业生产中必不可少的化肥、农药，基础建设中使用的水泥、玻璃、陶瓷， 涂料工业中使用的大量无机颜料等无一不与无机合成有关。 这些产品的产量和质量几乎代表 着一个国家的工业水平。 3. 为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会财富的最有力的手 段？ 4.您能举出几种由 p 区元素合成的无机材料吗？ 碳纳米管、 5.为什么从某种意义上讲，合成化学的发展史就是化学的发展史？ 6.您或您的朋友的研究课题属于无机合成领域吗？如果是，属于哪个热点领域？举例说明。 7. 什么是极端条件下的合成？能否举一例说明。 极端条件是指极限情况， 即超高温、 超高压、超真空及接近绝对零度、强磁场与电场、激光、 等离子体等。例如，在模拟宇宙空间的情况下，可能合成出没有位错的高纯度晶体。 8. 查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。 9. 何谓软化学合成方法？与所谓的“硬化学法”相比有什么特点？ 软化学是相对于硬化学而言的。它是指在较温和条件下实现的化学反应过程。特点：◇不需 用高纯金属作原料；◇制得的合金是有一定颗粒度的粉末，不需在使用时再磨碎；◇产品本 身具有高活性；◇产品具有良好的表面性质和优良的吸放氢性能；◇合成方法简单；◇有可 能降低成本；◇为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径。 10.在研究工作中，您最喜欢利用哪种工具查阅化合物的合成方法？
第二章 化学热力学与无机合成
1.化学热力学在无机合成中的起着什么样的 重要的作用？ 无机合成反应的首要任务是设计合成方法， 合成反应设计的方法随合成目标物的不同而有很 大的不同，但都是先从热力学的可能及经济有利开始的。根据热力学原理，从不同角度分析 各种无机化学反应，就可以得到化学反应在指定情况下能否发生、化学反应发生的难易、产 物的稳定性等信息。这对于合成新的无机化合物，或寻找老化合物新的合成方法，或对合成 产物的分离，以及合成过程中对能量的增补、减少，控制反应器温度等重要过程都是很有指 导意义的，在很大程度上可以减少工作的盲目性。 2. Bartlett 是怎样从吉布斯-亥姆霍兹方程分 析，确立稀有气体第一个化合物制备的热力学 根据？ 设计 Bron-Haber： 3. Ellingham 图建立的依据是什么？
4. 为什么在 Ellingham 图上 CO2 的斜率几乎为零，而 CO 的斜率为负值，其他大多数化合 物的斜率为正值？
5. 查阅 Ellingham 图，看 MnO 被 C 还原为金属的最低温度是多少？写出该温度下的总反 应方程式。 6. 您从 Ellingham 图可以得到哪些制备金属的信息?应用该图说明在我国古代使用铜器要 比铁器早的原因。 7. 偶合反应在无机合成中应用的原理何在？请举例说明。 当反应 A 的 ，从热力学观点来看，该反应基本上不能进行。但是如果