化学奥赛无机元素化学习题碳族元素含答案

【高中化学奥林匹克竞赛辅导】无机元素化学习题第十二章碳族元素1.根据金刚石、石墨的结构特点，说明它们的主要性质。2.一氧化碳与氮气的结构相似，二氧化碳与氧化二氮的结构相似，试举例说明各对物质的物理和化学性质相似的地方，并举出两个例子说明各对物质化学性质的不同，解释为什么会有这种差别？3.下列为硅的化合物相互关联图以写出有关反应，并指出反应条件：SiCl4Na2SiO3SiSiHCl3H2SiF6SiF4SiO2Na2SiO3H2SiO34.在常温条件下，为什么CO2为气体而SiO2却是固体？5.试解释：为什么SiF4能与F－离子反应生成SiF62－而CF4不能与F－离子反应呢？6.碳化硅SiC与A12O3是重要的工业用磨砂，试问什么样的结构特性使它们有这些用途？7.试解释：为什么CH4和CCl4不发生水解？而SiH4和SiC14会强烈地水解？8.二氧化硅和水的反应是吸热反应，但为什么硅胶能作干燥剂？9.为什么不能把SnC14归类成盐？10.试解释为何锡与铅的＋2氧化态要比碳和硅的更稳定。并解释为何铅的+2氧化态要比锡的+2氧化态更稳定。11.下列各物质的化学组成如何？在铅丹中铅的氧化数如何？(1)密陀僧(2)铅丹(3)铅糖12.白色粉未可能含有SnC12、Bi(NO3)3、As2O3、Sb2S3、PbSO4。粉未用水处理得一悬浊液A及不溶固体B。浊液A加少量HCI即澄清，它可使碘的淀粉溶液褪色，固体B不溶于酸，能溶于碱或饱和的NaAc热溶液中，得一无色溶液，此溶液中加H2S水溶液，得一黑色沉淀，问上述物质哪些存在？哪些不存在？哪些可能存在？说明理由，并写出有关的化学反应方程式。13.有一白色固体A，不溶于水，但受热会激烈分解，生成固态物质B和气体C。固体B不溶于水和盐酸，但溶于稀硝酸，生成溶液D和无色气体E，E在空气中变成棕色，向溶液D中加入盐酸，生成白色沉淀F，F易溶于热水。气体C是一种中性气体，当与镁条反应时，镁条变成白色固体G，G与水反应生成白色沉淀H和无色的碱性气体J，热的F溶液和H2S反应，生成黑色沉淀K和滤液L，黑色固体K能溶于60％的硝酸中，生成气体E，淡黄色固体M和溶液D，试判断AM为何物质，写出相应的化学方程式。14.某金属M和C12加热反应，生成液态化合物A，当过量的金属M与A反应时能得到固体B，而溶液B在盐酸中能把HgI2盐还原成Hg2I2，然后再还原成Hg；它也能把硝基苯还原成苯胺，也能把Fe3+还原成Fe2+，化合物A和C6H5MgBr反应得到产物C，C只含有碳、氢和金属M本身三种元素，如果A和C一起加热，得到一种新化合物D，D能水解生成HCI和一个聚合物。若向溶液B中通人H2S，能得到黄色沉淀，此沉淀能被多硫化铵溶液溶解，得到一种化合物F，试判断金属M和AF为何物质，写出相应的化学方程。15.某种物质X，溶于热的浓盐酸溶液，再用NaOH溶液处理，可以得到一种白色沉淀。此沉淀可以溶解于过量的具有强还原性的溶液中。把X和硫一起加热，得到一棕色粉末Y，Y能溶于热的浓盐酸溶液。Y能溶于热的黄色硫化铵溶液中，再加盐酸，生成黄色沉淀。X与空气加强热，产生一种白色粉未Z，Z能溶于浓硫酸中，当Z和NaOH（固）共熔时，再用热水处理，得到白色晶体。指出X、Y、Z为何物质，并写出相应的反应方程式。16.试鉴别：Al2(SO4)3，MgSO4，SnC12，Na2CO3的溶液。17.试鉴别：Hg(NO3)2，Pb(NO3)2，NaNO3，Al(NO3)3，KNO3，Ba(NO3)2，AgNO3，NH4NO3，Mg(NO3)2，Ca(NO3)2十种药品。18.试计算下列反应的焓变化。SiO2(s)＋4HF(g)SiF4(g)＋2H2O(g)SiO2(s)＋4HCl(g)SiCl4(g)＋2H2O(g)并解释为何氢氟酸能腐蚀玻璃，而盐酸就不能。19.完成并配平下列化学反应方程式。(1)GeC14＋H2O(2)G4＋(NH4)2S(3)SnO2＋NaOHeCl熔(4)[Sn(OH)6]2－十CO2(5)HCOOH浓硫酸(6)Ag(NH3)2+十OH－＋CO(7)GeS＋(NH4)2S2(8)GeCl4＋Ge(9)Pb3O4＋HNO3(10)C60+OsO4+py(吡啶)20.某14mg黑色固体A，与浓NaOH共热时产在体积为22.4cm3的无色气体B（标准状况下）。A燃烧的产物为白色固体C，C与氢氟酸作用时，能产生一无色气体D。D通人水中生成白色沉淀E及溶液F。E用适量的NaOH溶液处理可得溶液G。G中加NH4Cl溶液则E重新沉淀。加过量的NaCl于溶液F中时，得一无色晶体H。试鉴别各字母所代表的物质，并用化学反应方程式表示各过程。21.有一块合金与适当的浓HNO3共煮至反应终止。将不溶解的白色沉淀和溶液过滤、分离后，试验它们的性质时发现：此白色沉淀不溶于一般酸和碱，只溶于熔融的苛性碱和热的浓盐酸中，当将滤液调至弱酸性，并加入K2CrO4溶液时，则有黄色沉淀生成。问此合金由哪两种金属组成，并用化学反应方程式表示各性质试验。22.试解释：HCN在水溶液中是弱酸，而液态的HCN却是强酸。23.试解释下列各双原子分子中单键键能的大小次序为什么会存在明显的不同？C＞Si，N＜P，O＜S，F＜C124.下列各对离子能否共存于溶液中：Sn2+和Fe2+；Sn2+和Fe3+;Pb2＋和Fe3＋；[Sn(OH)4]2－和Pb(OH)6]2－；Pb2+和[Pb(OH)6]2－；[PbC14]2－和[SnCl6]2－答案：1.金刚石中碳原子采取sp3杂化，C原子与C原子之间以共价键结合形成原子晶体，∴金刚石的主要特征为高硬度，高熔点，高沸点，不导电。石墨中碳原子采取sp2杂化，一个C原子与三个C原子以共价键连接形成层状结构，每个C原子上还有一个垂直于层状平面的p轨道，这些p轨道重叠形成离域π键，其p电子离域在每一层上，另外层与层之间是分子间作用力，∴石墨是混合型晶体，它的主要特征为具有润滑性，导电性和导热性。2.CO与N2物理性质相似之处：具有较低的熔点和沸点，具有相近的临界温度和临界压力：m.p.(℃)b.p.(℃)临界压力(atm)临界温度(℃)CO－200－19036－140N2－210－19633－146化学性质相似之处：CO与N2都不助燃；化学性质不同之处：CO作还原剂，N2的还原性很差；CO可以作为配体，而N2配位能力弱。CO与N2分子性质之所以不同是因为，在CO分子中O原子上的一对电子占有C原子的2p轨道，增强了C的电子密度，∴C原子的配位能力强于N2（）分子中的N原子。CO2与N2O相似性很小，而差异性很大，显然它们并不是等电子体之故。3.SiCl4(1)Na2SiO3(2)Si(3)SiHCl3(4)H2SiF6(5)SiF4(6)SiO2(7)Na2SiO3(8)H2SiO3(1)Si+2Cl2高温SiCl4(2)Si+2NaOH+H2ONa2SiO3+2H2↑(3)Si+3HCl(g)250－300℃ChemPasterSiHCl3+H2(4)SiO2+2MgSi+2MgO(5)3SiF4+4H2OH4SiO4+2H2SiF6(6)SiO2+4HFSiF4+2H2O(7)SiO2+Na2CO3Na2SiO3+CO2↑(8)SiO32－+2H+H2SiO3↓4.SiO2晶体属于原子晶体，基本单元为SiO4，Si原子为四面体中心，四个O原子位于正四面体的顶点，原子之间以—O—Si—O—共价键相连，∴以固体状态存在；而CO2是直线型分子，低温下固体CO2属于分子晶体，每个CO2分子通过分子间作用力连接，作用力很弱，温度略微上升，分子间作用力就被破坏而形成单个CO2分子，∴常温时为气态。5.Si原子除了3s、3p价轨道外，还有3d空价轨道，∴可以形成SiF62－（配位数可以大于4），即SiF4+2F－SiF62－，而CF4中C原子的配位数已达饱和（∵C原子只有2s、2p价轨道），因此CF4不能与F－离子反应。6.SiC与金刚石为等电子体，Si、C原子都采取sp3杂化，形成金刚石结构，∴SiC是原子晶体，高硬度，可作磨砂；A12O3离子晶格能极高，∴硬度也大，故也可以作为工业用磨砂。7.CH4和CCl4不发生水解，而SiH4和SiC14会强烈水解的原因有两条：第一、SiH4和SiC14有能量较低的3d轨道，能接受H2O中羟基上的孤电子对，而CH4和CCl4无空的d轨道；第二、C—HC—ClSi—HSi—Cl键能(kJ·mol－1)413.38328.44320.08358.57而OH的键能E(O—H)＝462.75kJ·mol－1，E(Si—Cl)的能量比E(C—Cl)的能量更接近于E(O—H)，∴SiC14发生水解而CCl4不发生水解。CONN8.虽然二氧化硅和水反应是吸热的，但硅胶的吸水作用是由于硅胶为多硅酸，是多孔性物质，水汽存在于多孔中，∴硅胶可以作干燥剂。9.因为SnC14许多物理性质不像典型的盐，如SnC14是无色液体，而且是许多非极性分子（I2、P4、S8等）的良好溶剂，∴不能把SnC14归为盐类。10.Sn、Pb在IVA族中的下方，C、Si在IVA族中的上方，∴Sn、Pb的金属性大于C、Si，∴Sn、Pb比C、Si更易失电子，Sn、Pb的＋2氧化态要比C、Si的＋2氧化态更稳定；Pb2+最外层是6s2惰性电子对，∴Pb2+更难失去电子，即Pb2+比Sn2+更稳定，11.(1)PbO(2)Pb3O4（Pb的氧化数为+8/3，或分别为+2、+4）(3)Pb(CH3COO)212.SnC12、PbSO4一定存在：SnC12水解，生成Sn(OH)Cl↓，它可溶于HCl(aq)，SnC12也可与I2反应生成I－离子而使淀粉溶液褪色，∴A是Sn(OH)Cl。SnC12+HOHSn(OH)Cl↓+HClSn(OH)Cl+HClSnC12+H2OSnC12+2HCl+I2SnC14+2HIB为PbSO4，∴PbSO4一定存在。PbSO4+4OH－Pb(OH)42－+SO42－PbSO4+2Ac－PbAc2(aq)+SO42－(aq)PbAc2+H2SPbS↓(黑色)+2HAcBi(NO3)3、As2O3和Sb2S3不存在。13.A—Pb(N3)2，B—Pb，C—N2，D—Pb(NO3)2，E—NO，F—PbC12，G—Mg3N2，H—Mg(OH)2，J—NH3，K—PbS，L—HCl，M—S。Pb(N3)2△ChemPasterPb+3N23Pb+8HNO33Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O2NO+O22NO2PbC12在热水中溶解度增大，PbC12+2Cl－PbCl42－3Mg+N2Mg3N2Mg3N2+6H2O3Mg(OH)2↓+2NH3↑PbCl42－+H2SPbS↓(黑色)+2H++4Cl－3PbS+8HNO33Pb(NO3)2+2NO↑+4H2O+3S↓14.M—Sn，A—SnCl4，B—SnCl2，C—(C6H5)4Sn，D—(C6H5)2SnCl2，E—SnS，F—(NH4)2SnS3。Sn+2C12SnCl4Sn+SnCl42SnCl2SnCl2+2Hg2+Sn4++Hg22++2Cl－SnCl2(过量)+Hg22+Sn4++2Hg↓+2Cl－NO2－+3SnCl2+6H+NH2－+3Sn4++6Cl－+2H2OSnCl2+2Fe3+Sn4++2Fe2++2Cl－4C6H5MgBr+SnCl4(C6H5)4Sn+2MgBr2+2MgCl2(C6H5)4Sn+SnCl42(C6H5)2SnCl2+2C6H5Cln(C6H5)2SnCl2+nH2O2nHCl+SnCl2+H2S2HCl+SnS↓SnS+(NH4)2S2(NH4)2SnS315.X—Sn，Y—SnS，Z—Na2SnO3。Sn+2HClSnCl2+H2↑SnCl2+2NaOHSn(OH)2↓+2NaClSn+SSnS