武汉大学版无机化学课后习题答案___15碳族元素

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：CaCO 3+2HCl=CaCl 2+CO 2↑+H 2O 工业制法：↑+−−−→−23CO CaO CaCO 高温煅烧

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

4． 分别向0.20mol ·dm

3

-的Mg

+

2和Ca

+

2的溶液加入等体积的0.20 mol ·dm

3

-的Na 2CO 3

溶液，产生沉淀的情况如何，试讨论其规律性。 答：分别有Mg （OH ）2和CaCO 3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SiCl 4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 θ

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ΔG m <0来判断。 （2）因为)()()(22g H g CO g O H C +=+，该

ΔS>0，又因为ΔG=ΔH-T ΔS ，所

以提高反应温度有利于反应向右进行。

7． 比较CO 和CO 2的性质。如何除去CO 中含有的少量CO 2？如何除去CO 2中含有的少

量CO ？

答：通过赤热的碳粉；通过赤热的CuO 粉末。

提示：

2

1122

12

112121122

][][;][][][;][][][23

3

2

3K K K H H K K K K K H H K H K K K H H H CO HCO HCO

++=

++=++=++++++++--ααα

8． 计算当溶液的pH 分别等于4，8，12时，H 2CO 3，HCO -3，CO -

23所占的百分数。

解：pH=4

CO 2的饱和状态下，H 2CO 3的pH=3.9，HCO -3的pH=8.1，CO -

23的pH=12.6 pH=4时，体系中主要成分为[H 2CO 3]，[CO -23]可忽略

H 2CO 3==H + + HCO -3 m 10

4

- n (m+n=1)

m

xn 410-=4.2×107- 所以m n =4.2×103-

[H 2CO 3%]=99.4%，[ HCO -3%]=0.06%

HCO -3== H +

+ CO -23

0.6% 104

- x %

6.0104x -=K 2a

所以x=2.4×10

10

-%。

pH=8，12同理。

9． 烯烃能稳定存在，而硅烯烃H 2Si=SiH 2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。

Na 2SiO 3+2H +=SiO 2.H 2O+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℃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。 答：

2

44222ZnCl Si 2Zn SiCl 2CO SiCl 2Cl 2C SiO +→++→++

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SnCl 2溶液时要采取哪些措施？其目的时什么？

答：加入一些Sn 粒，以防止被空气氧化成Sn 4+；加入稀盐酸是为了防止Sn 2+

的水解。 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 PbSO 4 + 2e -

== PbSO 4 + 2e -

正极 PbO 2 + 4H + + SO -

24 + 2e -

== PbSO 4 + 2H 2O

充电时：阳极 PbSO 4 + 2H 2O == PbO 2 + 4H + + SO -

24 + 2e -

阴极 PbSO 4 + 2e -

== PbSO 4 + 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Pb 3O 4中铅有不同价态？

答：铅的氧化物有：PbO 2，Pb 2O 3，Pb 3O 4，PbO

O

H PbO NO Pb HNO O Pb 2223343224+↓+=+）（应用以下反应：

17． 在298K 时，将含有Sn(ClO 4)2何Pb(ClO 4)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[Sn 2+]/[Pb 2+]为0.46。

已知 θ

ϕPb Pb /2+=-0.126V ，计算θ

ϕSn Sn /2+值。 解：+++=+22Pb Sn Sn Pb

达到平衡时,E=0,即;0]

[]

[lg 205916.022=+=+

+Pb Sn E E θ

所以,01

46.0lg 205916.0)126.0(/2=+

--+

θ

ϕSn Sn

ev Sn

Sn

136.0/2-=+

θϕ

18．

完成并配平下列化学反应方程式：