一无机化学3

无机化学一．名词解释（每个2分，共20分）过冷现象；屏蔽效应；可逆过程；缓冲溶液；盖斯定律；理想溶液；化学平衡；杂化轨道；歧化反应；镧系收缩。答：过冷现象：在一定外压下，如果一种纯液体的温度达到甚至低于其凝固点而不发生凝固的现象称为过冷现象。屏蔽效应：内层电子对外层电子的排斥相当于抵消了部分的核电荷，削弱了原子核对外层电子的吸引，这种作用称为屏蔽效应。可逆过程：某体系经某一过程，由状态I变到状态II之后，如果能使体系恢复到原来状态，而在环境中又不留下任何影响，则这一过程称为热力学可逆过程。缓冲溶液：能抵抗外来少量强酸、强碱的加入或稀释的影响而保持自身的pH不发生显著变化的溶液称为缓冲溶液。盖斯定律：在()TP或()TV条件下，一个化学反应，不管是一步还是多步完成，其反应总的热效应相同。理想溶液：从宏观热力学的角度讲，是指溶解过程不产生任何热效应的溶液，从微观力学的观点看，在理想溶液中溶质分子与溶剂分子间的作用力等于溶剂分子与溶剂分子间的作用力。化学平衡：在一定条件下，对可逆反应来讲，当正逆向反应速率相等、体系内各组分浓度不再随时间发生变化时的状态，也称平衡态。杂化轨道：在形成分子时，同一原子中不同类型、能量相近的原子轨道混合起来，重新分配能量和空间伸展方向，组成一组新的轨道的过程称为杂化，新形成的轨道称为杂化轨道。歧化反应：在反应中同一物质中同一元素处于同一氧化态的原子既有氧化数升高也有氧化数降低的反应称为歧化反应。镧系收缩：镧系元素随着原子序数的增加原子半径的减小（约11pm）称为镧系收缩。镧系收缩使第六周期镧系后面的副族元素的半径相当于减小了11pm，从而与第五周期同族元素的原子半径几乎相等，又因为同族元素的价层电子构型相同，因此，他们的性质十分接近，在自然界中常共生在一起而难以分离。二．问答题（每题5分，共50分）1．设计实验，用凝固点下降原理测定葡萄糖的相对分子质量。答：称取100.00g葡萄糖溶解于1000.00g水中，逐渐冷却测定其溶液的凝固点，根据其凝固点与273.15K的差值ΔT计算葡萄糖的莫尔质量M：M＝86.100.100T5分2．已知金(Au)的晶胞属面心立方，晶胞边长为0.409nm，试求：（1）的原子半径；（2）晶胞体积；（3）一个晶胞中金的原子个数；（4）金的密度（Au的相对原子质量为197）。答：(1)面心立方晶胞的一个正方形面上，处于对角线上的三个质点相互接触，所以对角线的长为4r(r为质点半径)。所以r=145.0409.0241(nm)(2))(m1084.6)(nm1084.6409.0329323V(3)一个晶胞中八个顶点处各有一个质点、六个面上各一个质点，因此独立的金原子数为：4316818(4)3329323mkg101.191084.6101002.60.1974Vm3．已知CS2(1)在101.3kPa和沸点温度(319.3K)时气化吸热352J·g－1。求1molCS2(1)在沸点温度时气化过程的U、H、S、G。答：41068.276352HJ9.833.3191068.24THSJ·K－1441041.23.319314.811068.2nRTHUJ·mol－10STHG4．以合成氨为例，定量说明浓度、压力和温度对化学平衡移动的影响。答：合成氨反应：N2＋3H2＋＝2NH3（1）浓度的影响：rmCColnGRTQK平衡时QC=KCo，rmG=0，此时若不改变产物浓度而增大反应物浓度，则QCKCo，rmG0，平衡将向正反应方向移动。反之亦然。结论：恒温下，增加反应物浓度或减少产物浓度，平衡向正反应移动；减少反应物浓度或增加产物浓度，平衡向逆反应方向移动。2分（2）压力的影响：rmPPolnGRTQK，平衡时KPPPPoNH2NH3223。若将体系的体积减小一半，在平衡尚未移动之前，各组分的分压应该增大一倍，此时oP3HN2NH3HN2NHP4141)2(2)2(223223KPPPPPPQQPKPo，rmG0，平衡向正反应方向移动，正方向是气体分子数减少的方向。结论：恒温下，增大体系的压力平衡向气体分子减少的方向移动，减小压力，平衡向气体分子数增加的方向移动。如向体系中加入惰性气体增大压力，则总平衡不变。1分（3）温度的影响：rmoH＝－46.11×2＝－92.22kJ·mol－1即反应为一放热反应。由RSRTHKomromroPln可知：温度升高，oPK变小，即平衡向逆反应方向（吸热反应方向）移动。结论：升高温度，化学平衡向吸热反应方向移动，降低温度，化学平衡向放热反应方向移动。2分5．根据质子平衡，推到小苏打溶液pH计算公式。答：在溶液中存在下列平衡：NaCO3＝Na＋＋HCO3HCO3＝H＋＋CO32Ka2＝5.61011HCO3＋H2O＝H2CO3＋OHKh1＝KKwa1＝2.3108H2O＝H＋＋OHKw＝1.010142分根据质子平衡可得：[H＋]＋[H2CO3]＝[CO32]＋[OH]其中：[H2CO3]＝[H][HCO]a13K[CO32]＝Ka23[HCO][H][OH]＝Kw[H]将其代入（5－17）式，得到：[H＋]＋[H][HCO]a13K＝Ka23[HCO][H]＋Kw[H]整理得：[H＋]＝KKKa2wa[HCO][HCO]33112分同样，当Ka2[HCO3]》Kw，[HCO]a13K》1（20倍以上）时，溶液中H＋离子浓度的近似计算公式为：[H＋]＝KKa1a21分6．根据酸碱质子理论，按由强到弱的顺序排列下列各碱：NO2－、SO42－、HCOO－、HSO4－、Ac－、CO32－、S2－、ClO4－。根据酸碱电子理论，按由强到弱的顺序排列下列各酸：Li＋、Na＋、K＋、Be2＋、Mg2＋、Al3＋、B3＋、Fe2＋。答：S2－、CO32－、Ac－、HCOO－、NO2－、HSO4－、SO42－、ClO4－。3分B3＋、Al3＋、Be2＋、Fe2＋、Mg2＋、Li＋、Na＋、K＋。2分7．在原子的量子力学模型中，电子的运动状态要用几个量子数来描述？简要说明各量子数的物理含义、取值范围和相互间的关系。答：主量子数n物理意义：决定电子出现最大几率的区域离核的远近，主要决定电子的能量，代表了主电子层。取值：1、2、3、……1分角量子数（副量子数）l物理意义：决定电子运动的角动量，决定原子轨道和电子云角度分布的情况或空间图像；同时决定多电子原子中电子运动的能量。l的取值：0，1，2，……（n－1）2分磁量子数m物理意义：决定原子轨道在空间的伸展方向；决定在外磁场作用下电子绕核运动时角动量在外磁场方向上的分量大小（根据原子光谱在磁场中的分裂情况而得到的结果）。m的取值：0，1，2，l1分自旋量子数ms物理意义：代表了电子的自旋方向。ms的取值：1/2。1分8．写出29、35、42、66、79号元素的电子排布式、元素符号、中文名称，并判断它们在周期表所处的周期、族和区域。答：每个答案1分，共5分。（1）1s22s22p63s23p64s13d10，Cu，铜，第四周期，IIB族，ds区；（2）1s22s22p63s23p64s23d104p5，Br，溴；第四周期，VIIA族，p区；（3）1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d5，Mo，钼；第五周期，VIB族，d区；（4）1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s24f10，Dy，镝，第六周期，f区；（5）1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s14f145d9，Au，金，第六周期，ds区。9．根据共价键理论，说明下列分子或离子的成键情况和空间构型：NH3；N2O；PCl6－；SO3；NO2。答：NH3：N采取不等性sp3杂化，含有3个σN－H键，分子构型为三角锥形；N2O：中心N原子采取sp杂化，含有1个σN－O键、1个σN－N键和2个43大π键，分子构型为直线形；PCl6－：P采取sp3d2杂化，含有6个σP－Cl键，分子构型为正八面体形；SO3：S采取sp2杂化，含有3个σS－O键，分子构型为平面三角形；NO2：N采取不等性sp2杂化，含有2个σN－O键，分子构型为“V”形；10．据分子轨道理论，判断下列分子的磁性大小和稳定性高低：CO；NO；O2。答：CO、NO、O2的分子轨道表达式分别为：CO：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2；NO：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2py)2(2pz)2(2px)2(2py*)1；O2：(1s)2(1s*)2(2s)2(2s*)2(2px)2(2py)2(2pz)2(2py*)1(2pz*)1；在NO和O2中含有成单电子，显示顺磁性，而且O2的磁性高于NO，CO没有成单电子显反磁性；键级分别为CO3级、NO2,5级O22级，因此稳定性由高到低的排列次序为CO；NO；O2。三．计算题（每题10分，共30分）1．在1dm30.10mol·dm－3ZnSO4溶液中含有0.010mol的Fe2＋杂质，加入过氧化氢将Fe2＋氧化为Fe3＋后，调节溶液pH使Fe3＋生成Fe(OH)3沉淀而除去，问如何控制溶液的pH?已知Ksp[Zn(OH)2]＝1.2×10－17，Ksp[Fe(OH)3]＝4×10－38。答：Zn(OH)2沉淀时，[OH－]=8171009.110.0102.1mol·dm－3pH=6.044分当Fe3+完全沉淀时，[Fe3+]=10-5mol·dm－3[OH－]=1135381059.110104mol·dm－3pH=3.204分pH应控制在：3.20＜pH＜6.042分2．通过计算判断反应Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl在298K、标准状态下能否自发进行，并计算反应的平衡常数K和标准自由能变化rGm。已知Cu/Cu2＋E＝0.34V，＋＋Cu/Cu2E＝0.16V，Ksp[CuCl]＝2.0×10－6。答：/CuCuE＝2Cu/Cu2＋E－＋＋Cu/Cu2E＝20.337－0.153＝0.521（V）2分对于反应Cu2＋＋Cu＋2Cl－===2CuCl（s）/CuClCu2＋E＝＋＋Cu/Cu2E＋0.059lg][Cu][Cu2＝＋＋Cu/Cu2E＋0.059lg(CuCl)1spK＝0.153－0.059lg（1.210-6）＝0.502（V）2分CuCl/CuE＝/CuCuE＋0.059lg[Cu＋]＝/CuCuE＋0.059lg(CuCl)spK＝0.521＋0.059lg（1.210-6）＝0.172（V）E＝/CuClCu2＋E－CuCl/CuE＝0.502－0.172＝0.33（V）＞0反应向正反应方向进行2分rGm＝－zFE＝－965000.33＝－31845J·mol-12分由lgK＝059.0zE＝059.033.01得K＝3.91052分3．已知NO3－＋3H＋＋2e－===HNO2＋H2O反应的标准电极电势为0.94V，水的离子积为Kw＝10－14，HNO2的电离常数为Ka＝5.1×10－4。试求下列反应在298K时的标准电极电势。NO3－＋H2O＋2e－===NO2－＋2OH－答：]][NO[H]H[lg2059.094.0][HNO]H[lg2059.0232312aKEE2分22]OH[][NOlg2059.094.0waKK2分)lg(2059.0][NO]OH[1lg2059.094.0222waKK2分