北师大无机化学四版习题答案16章S区金属

1第16章S区金属（碱金属以碱土金属）16.1简要说明工业上生产金属钠、烧碱和纯碱的基本原理。答：①工业制金属钠：由于金属钠非常活泼，通常采用电解其熔融盐（如NaCl）的方法来制取。以NaCl和CaCl2的混合盐为原料，对混合盐进行电解。加入CaCl2的目的，既降低电解质的熔点，防止了钠挥发，又可减小金属钠的分散性，因熔融混合物密度比钠大，钠浮在液面上。电解时电极反式：阳极：2Cl－Cl2+2e－阴极：2Na++2e－2Na总反应：2NaCl2Na+Cl2↑此方法得到的钠约含1%的钙②工业制烧碱工业上常用电解NaCl饱和溶液来制备NaOH，电解槽以石墨或金属钛做阳极，铁网作阴极，并用石棉网膜把阳极区和阴极区隔开，电解时，阳极反应：2Cl－Cl2↑+2e－阴极反应：2H2O+2e－H2↑+2OH－总的反应：2Cl－+2H2O2OH－+H2↑+Cl2↑Na+通过石棉网隔膜渗透到阴极区，得到35%的NaOH溶液。③工业制纯碱先把氨气通入饱和食盐水，再通入足量二氧化碳，反应生成碳酸氢铵CO2+NH3+H2ONH4HCO3然后使碳酸氢铵同食盐溶液发生复分解反应，析出难溶于氯化铵溶液的碳酸氢钠晶体。NH4HCO3+NaClNaHCO3↓+NH4Cl最后处理析出的NaHCO3并煅烧得Na2CO3，2NaHCO3（固）Na2CO3+CO2↑+H2O16.2以重晶石为原料，如何制备BaCl2、BaCO3、BaO和BaO2？写出有关的化学反应方程式。答：以BaSO4为原料，用高温还原法，先制成中间产物BaS:BaSO4+4CBaS+4CO↑BaS可溶，可用于制BaCl2和BaCO3BaS+2HClBaCl2+H2S↑BaS+CO2+H2OBaCO3↓+H2S↑BaCO3BaO+CO2↑2BaO+O22BaO2733～793K16.3写出下列反应的方程式：（1）金属钠与H2O、Na2O2、NH3、C2H5OH、TiCl4、KCl、MgO、NaNO2的反应；（2）Na2O2与H2O、NaCrO2、CO2、Cr2O3、H2SO4（稀）的反应。答：（1）2Na+2H2O2NaOH+H2↑2Na+Na2O22Na2O2Na+2NH3(液氨)2NaNH2+H2↑2Na+2C2H5OH(无水)2C2H5ONa+H2↑电解电解313KK1273强热Pt加压24Na+TiCl44NaCl+TiNa+KClNaCl+K2Na+MgONa2O+Mg6Na+2NaNO2(固)4Na2O+N2↑（2）Na2O2+2H2O2NaOH+H2O22Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑3Na2O2+2NaCrO2+2H2O2Na2CrO4+4NaOH3Na2O2+Cr2O32NaCrO4+Na2ONa2O2+H2SO4(稀)H2O2+Na2SO416.4完成下列各步反应方程式：(1)答：（1）MgCl2(熔融)Mg+Cl2↑Mg+Cl2MgCl2Mg+2H2OMg(OH)2↓+H2↑Mg(OH)2MgO+H2OMgCO3+2HClMgCl2+H2O+CO2↑MgCO3+2HNO3Mg(NO3)2+H2O+CO2↑2Mg(NO3)22MgO+4NO2↑+O2↑（2）CaCO3(固)CaO+CO2↑CaO(甲醇溶液)+CO2CaCO3CaCO3+2HClCaCl2+CO2↑+H2OCaCl2+Na2CO3CaCO3↓+2NaClCaCl2(熔融)Ca+Cl2↑Ca+2H2OCa(OH)2+H2↑Ca(OH)2+2HNO3Ca(NO3)2+2H2O2Ca(NO3)22CaO+4NO2↑+O2↑CaO+2HNO3Ca(NO3)2+H2O16.5含有Ca2+、Mg2+和SO42－离子的粗食盐如何精制成纯的食盐，以反应式表示。答：在粗食盐饱和溶液中，加入稍过量的BaCl2溶液以除去SO42－离子。Ba2++SO42－BaSO4↓再向溶液中加入适量的NaOH和Na2CO3溶液，使溶液中的Ca2+、Mg2+及过量的Ba2+转化1047K冷水氧化高钴电解煮沸高温电解高温点燃3为相应的沉淀：Mg2++2OH－Mg(OH)2↓Ca2++CO32－CaCO3↓Ba2++CO32－BaCO3↓产生的沉淀用过滤的方法除去，过量的NaOH和Na2CO3可用盐酸中和除去。OH－+H+H2OCO32－+2H+CO2↑+H2O最后将溶液蒸发，结晶，烘干，使得纯食盐。16.6试利用铍、镁化合物性质的不同鉴别下列各组物质：（1）Be(OH)2和Mg(OH)2;（2）BeCO3和MgCO3；（3）BeF2和MgF2。答：（1）分别取Be(OH)2，Mg(OH)2的少量固体于两试管，分别滴加NaOH溶液，振荡试管，发现固体物质溶解了的是Be(OH)2（具有两性），而试管内呈悬浊液，不溶的为Mg(OH)2(中强碱)。Be(OH)2+2OH－[Be(OH)4]2－（2）分别取BeCO3,MgCO3的少量固体于两试管，分别滴加Na2CO3溶液，振荡试管，固体物溶解的为BeCO3，不反应为MgCO3。BeCO3+Na2CO3Na2[Be(CO3)2]可溶MgCO3比BeCO3的热稳定性高，BeCO3稍加热（373K）即分解，MgCO3加热到813K才分解。（3）取少量固体于两支试管，分别加入适量蒸馏水，振荡试管，过一段时间后，溶解的为BeF2，几乎不溶的为MgF2。（因在25℃BeF2的溶解度约为25mol·dm－3，它是一种吸水性物质，但溶解速度较慢，MgF2溶解度非常小，在18℃时，100g水溶解0.0076gMgF2）BeF2易形成BeF42－，而MgF2不易形成MgF42－。16.7商品氢氧化钠中为什么常含杂质碳酸钠？如何检验？又如何除去？答：因为在空气中NaOH易潮解，且NaOH还易与空气中的CO2反应生成碳酸盐，所以NaOH中常含杂质碳酸钠。检验：取少量商品氢氧化钠固体于试管中，用蒸馏水溶解，向溶液中滴加稀HCl。然后，用涂有澄清石灰水的玻璃片盖于试管口，若澄清石灰水变浑浊，则有Na2CO3杂质：CO32－+2H+CO2↑+H2OCO2+Ca2++2OH－CaCO3↓+H2O除杂：先将NaOH制成饱和溶液,Na2CO3因不溶于饱和的NaOH溶液而以沉淀析出而除去。16.8以氢氧化钙为原料，如何制备下列物质？以反应方程式表示之。（1）漂白粉；（2）氢氧化钠；（3）氨；（4）氢氧化镁。答：（1）制漂白粉3Ca(OH)2+2Cl2Ca（ClO）2∙CaCl2∙Ca(OH)2∙2H2O（2）制氢氧化钠Ca(OH)2+Na2CO32NaOH+CaCO3↓过滤除去CaCO3沉淀（3）制氨Ca(OH)2+2NH4ClCaCl2+2NH3↑+2H2O4（4）制氢氧化镁Ca(OH)2+MgCl2CaCl2+Mg(OH)2↓过滤除去CaCl2母液16.9为什么选用过氧化钠做潜水密封舱中的供氧剂？为什么选用氢化钙做野外氢气发生剂？请写出有关方程式。答：因为Na2O2与水或CO2反应，都可以放出氧气。2Na2O2+2H2O4NaOH+O2↑2Na2O2+2CO22Na2CO3+O2↑又由于Na2O2是固体便于携带，还可直接由人呼出的CO2与Na2O2作用，便可放出O2。由于CaH2与水作用不猛烈，产生的氢气不会着火，且单位质量的CaH2产生的H2的量较大，同时CaH2便于携带和运输。CaH2+H2O===Ca(OH)2+2H2↑16.10写出下列物质的化学式：光卤石明矾重晶石天青石白云石方解石苏打石膏萤石芒硝元明粉泻盐答：光卤石KCl·MgCl2·6H2O明矾KAl(SO4)2·12H2O重晶石BaSO4天青石SrSO4白云石CaCO3·MgCO3方解石CaCO3苏打Na2CO3石膏CaSO4·2H2O萤石CaF2芒硝Na2SO4·10H2O元明粉Na2SO4泻盐MgSO4·7H2O16.11下列反应的热力学数据如下：MgO(s)+C(s，石墨)CO(g)+Mg(g)1θ298fmol/kJHΔ－601.70－110.52147.71θ298fmol/kJGΔ－569.40－137.15113.511θ298fKmol/JSΔ126.945.740197.56148.54试计算：（1）反应的热效应θ298rHΔ；（2）反应的自由能变θ298rGΔ；（3）在标准条件下，用C(s，石墨)还原MgO制取金属镁时，反应自发进行的最低温度是多少？解：MgO(s)+C(s，石墨)CO(g)+Mg(g)（1）反应的热效应MgO(s)θ298fC(s)θ298fMg(g)θ298fCO(g)θ298fθ298r)H(Δ)H(Δ)H(Δ)H(ΔHΔ＝―110.52+(147.7)―0―(―601.7)＝638.88(kJ·mol－1)（2）反应的自由能变MgO(s)θfC(s)θfCO(g)θfMg(g)θfθ298r)G()G()G()G(GΔ5＝113.5+(－137.15)―0―（―569.4）＝545.75(kJ·mol－1)94.26740.556.19754.148Sθ＝313.42(J·mol－1·K－1)故反应自发进行的最低温度T＞K2038KmolJ42.313molJ100088.638SH11f16.12如何鉴别下列物质？（1）Na2CO3、NaHCO3和NaOH；（2）CaO、Ca(OH)2和CaSO4。答：（1）Na2CO3、NaHCO3和NaOH将三种物质分别溶于水，加入少量酚酞试液不变色或略显微红色的为NaHCO3，再向变为红色的溶液中加入HCl，有气体产生的为Na2CO3，没有气体产生的为NaOH。Na2CO3+2HCl2NaCl+CO2↑+H2ONaOH+HClNaCl+H2O（2）CaO、Ca(OH)2和CaSO4将三种固体分别与水混合，与水剧烈反应放出大量热的为CaO，将剩余另两种固体加入足量盐酸中，能溶解的为Ca(OH)2，不溶的为CaSO4。Ca(OH)2+2HClCaCl2+2H2O16.13已知Mg(OH)2的Ksp＝1.8×10－11，NH3·H2O的Kb＝1.8×10－5，计算反应：Mg(OH)2+2NH4+Mg2++2NH3·H2O的平衡常数K，讨论Mg(OH)2在氨水中的溶解性。解：225112bMg(OH)sp22322422242232105.6)10(1.8101.8KKO]H[NH][OH][NH]][OH[Mg][NHO]H][NH[MgK2平衡常数由于Mg(OH)2为强电解质，且Mg(OH)2微溶于水，故Mg(OH)2的溶解度随溶液中[OH－]的增大而减小。或者因为2b22K][OH][MgK即溶解度22b][OHKKs则s为[OH－]的函数。16.14往BaCl2和CaCl2的水溶液中分别依次加入：（1）碳酸铵；（2）醋酸；（3）铬酸钾，各有何现象发生？写出反应方程式。6答：（1）加碳酸铵后，两溶液中均出现白色沉淀BaCl2+(NH4)2CO3BaCO3↓+2NH4ClCaCl2+(NH4)2CO3CaCO3↓+2NH4Cl（2）加醋酸后，白色沉淀溶解，若醋酸过量，除沉淀溶解外，还有气泡冒出BaCO3+HAcBa2++HCO3－+Ac－或BaCO3+2HAcBa2++2Ac－+CO2↑+H2OCaCO3+HAcCa2++HCO3－+Ac－或CaCO3+2HAcCa2++2Ac－+CO2↑+H2O（3）将K2CrO4加入到盛BaCl2试管中，出现黄色沉淀CrO42－+Ba2+BaCrO4↓而CaCl2试管中无现象。