无机化学第十五章碳族元素

θ ϕ Pb
2+
/ Pb
=-0.126V，计算
2+
θ ϕ Sn
2+
/ Sn
值。
+ Sn = Sn + Pb
2+
2
0.05916 [ Sn 2+ ] E=E + lg = 0; 2 [ Pb 2 + ] 达到平衡时,E=0,即
θ
所以,
ϕθ Sn
/ Sn
2+
/ Sn
− (−0.126) +
0.05916 0.46 lg =0 2 1
θ
−3 2+ 2+ −3
高温煅烧
α HCO =
32
[ H + ]K 1 [ H + ]2 ; ; α = HCO [ H + ] 2 + [ H + ]K 1 + K 1 K 2 [ H + ] 2 + [ H + ]K 1 + K 1 K 2
− 3
α CO =
2−
K1 K 2 [ H ] + [ H + ]K 1 + K 1 K 2
ϕ θ Sn
2+
= −0.136ev
18．完成并配平下列化学反应方程式： (1) Sn+HCl→ (2) Sn+Cl2→ (3) SnCl2+FeCl3→ (4) SnCl4+H2O→ (5) SnS+Na2S2→ (7) Sn+SnCl4→ (9) Pb3O4+HI(过量)→ 答： (6) SnS 3 +H+→ (8) PbS+HNO3→
2−
2−
3
−4
− − 2−
2−
10
−4
n
(m+n=1)
10 xn m =4.2×10 −7
− 2−
n −3 所以 m =4.2×10
−
[H2CO3%]=99.4%，[ HCO 3 %]=0.06% HCO 3 == H+ + CO 3
1
0.6%
10
−4
x−1010 −4源自x 0.6% =K a2所以 x=2.4×10 %。 pH=8，12 同理。 9． 烯烃能稳定存在，而硅烯烃 H2Si=SiH2 却难以存在。其原因是什么？ 答：碳的原子半径较小，除形成 σ 键外，p 轨道按肩并肩在较大重叠，能形成稳定的 π 键， 因而，碳原子间可形成单键，双键，甚至三键，烯烃，炔烃都很稳定。 而硅原子半径较大，p 轨道肩并肩重叠很少，很难形成稳定的 π 键，因而，硅原子间大 多数只能形成单键，而难形成双键，硅烯烃难以稳定存在。 10．从水玻璃出发怎样制造变色硅胶？ 答：将 Na2SiO3 溶液与酸混合生成凝胶。 Na2SiO3+2H+=SiO2.H2O+2Na+ 调节酸和 Na2SiO3 的用量，使生成的硅凝胶中含有 8%~10%的 SiO2，将凝胶静止老化 一天后，用热水洗去可溶盐。将凝胶在 60~70 ℃烘干后，徐徐升温至 300 ℃活化，即 得多孔硅胶。若将硅胶干燥活化前，用 COCl2 溶液浸泡，再干燥活化即得变色硅胶。 11．用化学反应方程式表示单质硅的制备反应，单质硅的主要化学性质，二氧化硅的制备 和性质。
10)Pb 2+ + 4OH − (过量） = Pb（OH） 4 ； Pb（OH） + ClO − = PbO 2 ↓ +Cl − + 2OH − + H 2 O 4
19．现有一白色固体 A，溶于水产生白色沉淀 B，B 可溶于浓盐酸。若将固体 A 溶于稀硝 酸中，得无色溶液 C。将 AgNO3 溶液加入 C 中，析出白色沉淀 D。D 溶于氨水中得到 溶液 E， E 酸化后又产生白色沉淀 D。 将 H2S 气体通入溶液 C 中，产生棕色沉淀 F，F 溶于(NH4)2Sx 形成溶液 G。酸化溶 液 G，得到黄色沉淀 H。 少量溶液 C 加入 HgCl2 溶液得白色沉淀 I，继续加入溶液 C，沉淀 I 逐渐变灰，最后 变为黑色沉淀 J。 试确定字母 A，B，C，D，E，F，G，H，I，J 各表示什么物质。 答：A:SnCl2 B:Sn(OH)Cl; C:Sn(NO3)2; D:AgCl; E:Ag(NH3)2Cl; F:SnS ; G:(NH4)2SnS3 H:SnS2; I:Hg2Cl2; J:Hg
PbO2 + 4H+ + SO 4 + 2e == PbSO4 + 2H2O PbSO4 + 2H2O == PbO2 + 4H+ + SO 4 + 2e
− − 2− −
阴极 PbSO4 + 2e == PbSO4 + 2e 16．铅的氧化物有几种，分别简述其性质？如何用实验方法证实 Pb3O4 中铅有不同价态？ 答：铅的氧化物有：PbO2，Pb2O3，Pb3O4，PbO
− 2−
提示：
3
+ 2
8． 计算当溶液的 pH 分别等于 4，8，12 时，H2CO3，HCO 3 ，CO 3 所占的百分数。 解：pH=4 CO2 的饱和状态下，H2CO3 的 pH=3.9，HCO 3 的 pH=8.1，CO 3 的 pH=12.6 pH=4 时，体系中主要成分为[H2CO3]，[CO 3 ]可忽略 H2CO3==H+ + HCO 3 m
2−
→ ？ (10)Pb2++OH-(过量)→？
OCl −
1)Sn + 2HCl = SnCl 2 + H 2 ↑ 2)Sn + 2Cl 2 = SnCl 4 3)SnCl 2 + 2FeCl 3 = SnCl 4 + 2FeCl 2 4)3SnCl 4 + 3H 2 O = SnO 2 ⋅ H 2 O + 2H 2 SnCl 6 5)SnS + Na 2 S 2 = Na 2 SnS 3
SiCl + 2Zn → Si + 2ZnCl
14．单质锡有哪些同素异形体，性质有何差异？ α -锡酸和 β -锡酸的制取和性质方面有何 异同？ 答：锡有：灰锡，白锡，脆锡。 15．试述铅蓄电池的基本原理。 答： 放电时：负极 正极 充电时：阳极 PbSO4 + 2e == PbSO4 + 2e
2− − − −
第十五章 碳族元素
1． 碳单质有哪些同素异形体？其结构特点及物理性质如何？ 答：石墨，金刚石，富勒烯 2． 实验室里如何制取二氧化碳气体？工业上如何制取二氧化碳？ 答：实验室制法：CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2 ↑ +H2O
→ CaO + CO2 ↑ 工业制法： CaCO3 3． 图 15-6 中，三条直线相交于一点，这是必然的还是偶然的，试讨论其原因。 答：这是必然的
2− 6)SnS3 + 2H + = SnS 2 + H 2 S
7)Sn + SnCl 4 = 2SnCl 2 8)3PbS + 8HNO 3 = 3Pb(NO 3 ) 2 + 3S ↓ +2NO ↑ +4H 2 O
− − 9)Pb 3 O 4 + 15I − + 8H + = 3PbI 2 4 + I 3 + 4H 2 O
SiO 2 + 2C + 2Cl 2 → SiCl 4 + 2CO
4 2 答： 12．什么是沸石分子筛？试述其结构特点和应用？ 答：自然界中存在的某些网络状的硅酸盐和铝酸盐具有笼形结构，这些均匀的笼可以有选 择地吸附一定大小的分子，这种作用叫做分子筛作用。通常把这样的天然硅酸盐和铝 酸盐叫做沸石分子筛。 A 型分子筛中，所有硅氧四面体和铝氧四面体通过共用氧原子联结成多元环。 13．实验室中配制 SnCl2 溶液时要采取哪些措施？其目的时什么？ 4+ 2+ 答：加入一些 Sn 粒，以防止被空气氧化成 Sn ；加入稀盐酸是为了防止 Sn 的水解。
4． 分别向 0.20mol・ dm 的 Mg 和 Ca 的溶液加入等体积的 0.20 mol・ dm 的 Na2CO3 溶液，产生沉淀的情况有何不同，试讨论其规律性。 答：分别有 Mg（OH）2 和 CaCO3 生成 5． CCl4 不易发生水解，而 SiCl4 较易发生水解，其原因是什么？ 答：C 为第二周期元素，只有 2s，2p 轨道可以成键，最大配位数为 4，CCl4 无空轨道可以 接受水的配位，因此不水解。 Si 为第三周期元素，形成 SiCl4 后还有空的 3d 轨道，d 轨道接受水分子中氧原子的孤电 子对，形成配位键而发生水解。 6． 通过计算回答下述问题： （1） 在 298K，1.01×105Pa 下生成水煤气的反应能否自发进行？（2）用△rS 值判 断，提高温度对生成水煤气反应是否有利？（3）在 1.01×105Pa 下生成水煤气的反应体系 达到平衡时温度有多高？ 解： （1）提示：由 ∆Gm<0 来判断。 （2）因为 C + H 2 O( g ) = CO( g ) + H 2 ( g ) ， 该反应的 ∆S>0，又因为 ∆G=∆H-T∆S， 所以提高反应温度有利于反应向右进行。 7． 比较 CO 和 CO2 的性质。如何除去 CO 中含有的少量 CO2？如何除去 CO2 中含有的少 量 CO？ 答：通过赤热的碳粉；通过赤热的 CuO 粉末。
应用以下反应： Pb3O4 + 4 HNO3 = 2 Pb（NO3） 2 + PbO2 ↓ +2 H 2 O
17．在 298K 时，将含有 Sn(ClO4)2 何 Pb(ClO4)2 的某溶液与过量粉末状 Sn-Pb 合金一起振 荡，测得溶液中平衡浓度[Sn2+]/[Pb2+]为 0.46。 已知 解： Pb