第四版无机化学习题及答案

第一章原子结构与原子周期系
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]4s24p3
1-2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+
1-3 Li+、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+与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？就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,画出她们的立体结构,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轨道与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就是11e分子,π2p*有1e,有顺磁性。

CO的键级就是3,NO的键级就是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
取向力就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;诱导力就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,而色散力就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与中心原子的氧化态:[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 +3
K2[Co(NCS)4] 四异硫氰根合钴(Ⅱ)酸钾Co +2
H2[PtCl6] 六氯合铂(Ⅳ)酸Pt +4
[CrCl(NH3)5]Cl2氯化一氯五氨合铬(Ⅲ) Cr +3
K2[Zn(OH)4] 四羟合锌(Ⅱ)酸钾Zn +2
[PtCl2(NH3)2] 二氯二氨合铂(Ⅱ) Pt +2
4-2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]Cl ⑵K2[PtCl6]
⑶(NH4)3[Cr(SCN)4Cl2] ⑷ Ca[Co(C2O4)2(NH3)2]2
4-3五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:五种物质指的就是它的立体异构体,分别就是三邻式、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+与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Fe 3+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Fe 3+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。

第五章水溶液
5-1常温下的饱与水蒸气压为3、169kPa,计算相对湿度为40%时的水蒸气压。

解:P= 40%×P饱与= 40%×3、169kPa =1、27 kPa
答:相对湿度为40%时的水蒸气压为1、27 kPa。

5-2计算15℃,97kPa下15g氯气的体积。

5-3 20℃,97kPa下0、842g某气体的体积为0、400L,求该气体的摩尔质量。

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与化学式。

5-5 在25℃时将相同压力的5、0Ｌ氮气与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150 kPa,⑴求两种气体的初始压力;⑵求混合气体中氮与氧的分压;⑶将温度上升到210℃,容器的总压。

5-6 在25℃,1、47MPa下把氨气通人容积为1、00Ｌ刚性壁密闭容器中,在350℃下用催化剂使部分氨分解为氮气与氢气,测得总压为5MPa,求氨的解离度与各组分的摩尔分数与分压。

5-7以下哪些关系式就是正确的？说明理由。

(p、Ｖ、ｎ无下标时表示混合气体的总压、总体积与总物质的量)
5-8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:⑴Φ=1 ⑵Φ=1 ⑶Φ=3 ⑷Φ=1
5-9利用本书附表与下列数据计算石灰岩［以CaCO3(方解石)计］被CO2(g) 溶解发育成喀斯特地形的如下反应的标准摩尔反应焓:CaCO3 (s)+CO2(g)+H2O(l)= Ca2+(aq)+2HCO3-(aq)
5-10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,其化学原理就是硝酸甘油发生如下分解反应:
4C3H5(NO3)3(l)＝6 N2(g)＋10H2O(g)＋12 CO2(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。

5-11生石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟。

试利用本书附表的数据计算500g(1市斤)生石灰(s)与足量的水生成熟石灰(s)放出的热。

(注:可忽略溶解反应)
5-12 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-2840 kJ/mol,利用本书附表数据计算它的燃烧热。

5-13 碘钨灯因在灯内发生如下可逆反应:W(s)+I2(g)=WI2(g)
碘蒸气与扩散到玻璃内壁的钨会发生反应生成碘化钨气体,后者扩散到钨丝附近会因钨丝的高温而分解出钨重新沉积到钨丝上去,从而可延长灯丝的使用寿命。

己知在298Ｋ时:
ａ)设玻璃内壁的温度为623Ｋ,计算上式反应的Δr G mø(623K) ;
ｂ)估算WI2(g)在钨丝上分解所需的最低温度。

5-14 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？
5-15 以下反应,哪些在常温的热力学标态下能自发向右进行？哪些不能?
第六章化学平衡常数
6-1写出下列各反应的标准平衡常数表达式与实验平衡常数表达式:
⑴2SO2(g) + O2 (g) = 2SO3(g)
⑵NH4HCO3(s) = NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)
⑶CaCO3 (s) = CO2(g) + CaO(s)
⑷Ag2O(s) = 2Ag(s) + O2(g)
⑸CO2(g) = CO2(aq)
⑹Cl2(g) + H2O(l) = H+ (aq) + Cl-(aq) +HClO(aq)
⑺HCN(aq) = H+(aq) + CN-(aq)
⑻Ag2CrO4(s) = 2Ag+(aq) + CrO42-(aq)
⑼BaSO4(s) + CO32- (aq) = BaCO3(s) + SO42-(aq)
⑽Fe2+(aq) + 1/4O2(g) + 2H+(aq) = Fe3+ (aq) + H2O(l)
6-2 实验测得合成氨反应在500℃的平衡浓度分别为:[H 2]=1、15mol/L,[N 2]=0、75 mol/L,[NH 3]=0、261 mol/L,求标准平衡常数
K 、浓度平衡常数c K 以及分别用Pa 为气体的压力
单位与用bar 为气体的压力单位的平衡常数p K 。

K=2、6。

设⑴反应起始6-3 反应CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) 在749K时的平衡常数
时CO与H2O的浓度都为1 mol/L(没有生成物,下同);⑵起始时CO与H2O的摩尔比为1︰3,
求CO的平衡转化率。

用计算结果来说明勒沙特列原理。

6-4 将SO3固体置于一反应器内,加热使SO3气化并令其分解,测得温度为900Ｋ,总压为
p时,气体混合物的密度为ρ=0、925g/dm3,求SO3的(平衡)解离度α。

6-5为使Ag2O在常温下分解,真空泵需将氧的分压降至多大?
6-6 下面各种改变将对反应2SO 2(g) + O 2 (g) = 2SO 3(g) (θm r H ∆=198KJ/mol)中的SO 3的平衡分压有何影响？
Ａ。

将反应容器的体积加倍。

Ｂ。

保持体积而增加反应的温度。

Ｃ。

加多氧量。

Ｄ。

保持反应容器的体积而加入氩气。

答:Ａ.减少;Ｂ.增大;Ｃ.增大;Ｄ不变。

6-7下面的反应在一个１升的容器里,在298Ｋ下达成平衡: C(石墨)＋Ｏ2(g) = CO 2(g) θm r H ∆= -393KJ/mol 以下各种措施对氧气的平衡分压有何影响？ Ａ。

增加石墨的抗。

Ｂ。

增加CO 2气体的量。

Ｃ。

增加氧气的量。

Ｄ。

降低反应的温度。

Ｅ。

加入催化剂。

解:Ａ.不变;Ｂ.增大;Ｃ.增大:D.减少;Ｅ.不变。

第七章 化学动力学基础
7-1二甲醚(CH 3)2分解为甲烷、氢与一氧化碳的反应的动力学实验数据如下:
⑴600s 与800s 间的平均速率。

⑵用浓度对时间作图(动力学曲线),求800s 的瞬时速率。

7-2在970Ｋ下,反应2N2O(g) = 2N2(g) + O2(g)。

起始时N2O的压力为2、93×104Pa,并测得反应过程中系统的总压变化如下表所示:
求最初300s与最后2000s的时间间隔内的平均速率。

答:最初300s内的平均速率就是13、33 Pa·s-1,最后2000s的时间间隔内的平均速率就是1、05 Pa·s-1。

7-3在600Ｋ下反应2NO + O2= 2N2O的初始浓度与初速率如下;
⑴求该反应的表观速率方程。

⑵计算速率常数。

⑶预计c0(NO)=0、015mol·L-1,c0(O2)=0、025mol·L-1的初速率。

7-4在300Ｋ下,氯乙烷分解反应的速率常数为2、50×10-3min-1。

⑴该反应就是几级反应？说明理由。

⑵氯乙烷分解一半,需多少时间？
⑶氯乙烷浓度由0、40 mol·L-1降为0、010 mol·L-1,需要多长时间？
若初始浓度为0、40 mol·L-1,反应进行8小时后,氯乙烷浓度还剩余多少？
7-5放射性Co 60
27(半衰期t 1/2=5026a)发射的强γ-辐射广泛用于治疗癌症(放射疗法)。

放射性物
质的辐射强度以“居里”为单位表示。

某医院购买了一个含20居里的钴源,在10年后,辐射
强度还剩余多少？
7-6 某一级反应,在300Ｋ时反应完成50％需时20分钟,在350Ｋ时反应完成50％需时5、0分钟,计算该反应的活化能。

解:一级反应,t 1/2=
k
2
ln ,可瞧出t 1/2与k 成反比,
答:该反应的活化能为24、2KJ ·mol -1。

7-7温度相同时,三个基元反应的正逆反应的活化能如下,
基元反应 Ea/ KJ ·mol -1 Ea ′/ KJ ·mol -1
1 30 55
2 70 20
3 16 35
⑴哪个反应的正反应速率最大？ ⑵反应１的反应焓多大？
⑶哪个反应的正反应就是吸热反应？
第八章
略
第9章习题解答
9-8 250C标准压力下的CO2气体在水中的溶解度为0、034mo1/L,求溶液的pH t [C3O2-]、。

9-10 某弱酸HA,0、015 mo1/L 时电离度为0、80%,浓度为0、10mo1/L 时电离度多大？
9-13 缓冲溶液HAc-Ac-的总浓度为1、0 mo1/L当溶液pH为(1)4、0;(2)5、0时,HAc与Ac-的浓
度分别多大？
9-19 计算10 mL浓度为0、30 mo1/L 的Hac与20 ml浓度为0、15 mo1/L HCN混合得到的溶液中的[H+]、[Ac]、[CN]。

9-23 在烧杯中盛有0、2 mo1/L 20mL乳酸(分子式HC3H5O3,常用符号HLac表示,酸常数为K=1、4×10-4),向该烧杯逐步加入0、20 moL/L NaOH溶液,试计算:
（1）未加入NaOH溶液前溶液的pH。

（2）加入10、0 mL NaOH后溶液的pH。

（3）加入20、0 mL NaOH后溶液的pH。

（4）加入30、0 mL NaOH后溶液的pH。

第10章习题解答
(1) 用Na2SO4作沉淀剂能否将Ca2+与Ba2+离子分离？
(2)加入多少克Na2SO4才能达到BaSO4完全沉淀的要求(忽略加入Na2SO4引起的体积
变化)？
第11章习题解答
第12章习题解答
14-1 电解制氟时,为何不用KF的水溶液？液态氟化氢为什么不导电,而氟化钾的无水氟化氢溶液却能导电？
工业上通过电解碘酸也可获得高碘酸。

15-1 1大气层中臭氧就是怎样形成的？哪些污染物引起臭氧的破坏？如何鉴别O3,它有什么特征反应？
解: Eθ
15-11 完成下列反应方程式并解释在反应(1)过程中,为什么出现由白到黑的颜色变化？
15-12 硫化硫酸钠在药剂中常用作解毒剂,可解卤素卤单质、重金属离子及氰化物中毒。

请说明能解毒的原因,写出有关的反应方程式。

解:硫化硫酸钠在药剂中作卤素单质及氰化物中毒的解毒剂,主要就是由于它的氧化还原性所致:
解:(1)C、O均为第二周期元素,形成键的倾向强,CO分子中除有键外,还
20-3写出下列反应的方程式:
22-4 4有一份硝酸铜与硝酸银的混合物,试设计一个分离它们的方案。