武汉大学-吉林大学-无机化学-第三版课后习题答案

1武汉大学吉林大学等校编第三版答案全解第二章1.某气体在293K与9.97×104Pa时占有体积1.910-1dm3其质量为0.132g，试求这种气体的相对分子质量，它可能是何种气体?解2．一敝口烧瓶在280K时所盛的气体，需加热到什么温度时，才能使其三分之一逸出?解3．温度下，将1.013105Pa的N22dm3和0.5065Pa的O23dm3放入6dm3的真空容器中，求O2和N2的分压及混合气体的总压。解4．容器中有4.4gCO2，14gN2，12.8gO2，总压为2.026105Pa，求各组分的分压。解25．在300K，1.013105Pa时，加热一敝口细颈瓶到500K，然后封闭其细颈口，并冷却至原来的温度，求这时瓶内的压强。解6．在273K和1.013×105Pa下，将1.0dm3洁净干燥的空气缓慢通过H3C—O—CH3液体，在此过程中，液体损失0.0335g，求此种液体273K时的饱和蒸汽压。解7．有一混合气体，总压为150Pa，其中N2和H2的体积分数为0.25和0.75，求H2和N2的分压。解8．在291K和总压为1.013×105Pa时，2.70dm3含饱和水蒸汽的空气，通过CaCl2干燥管，完全吸水后，干燥空气为3.21g，求291K时水的饱和蒸汽压。解39．有一高压气瓶，容积为30dm3，能承受2.6×107Pa，问在293K时可装入多少千克O2而不致发生危险？解10．在273K时，将同一初压的4.0dm3N2和1.0dm3O2压缩到一个容积为2dm3的真空容器中，混合气体的总压为3.26×105Pa，试求（1）两种气体的初压；（2）混合气体中各组分气体的分压；（3）各气体的物质的量。解11．273K时测得一氯甲烷在不同压强下的密度如下表：P/1051.0130.6750.5070.3380.253/g·dm32.30741.52631.14010.757130.56660用作图外推法（p对/p）得到的数据求一氯甲烷的相对分子质量。4解0.00.20.40.60.81.01.22.02.22.4ρ/P(g·dm-3·10-5pa-1)P(105pa)可得出一氯甲烷的相对分子质量是50.49512.（1）用理想气体状态方程式证明阿佛加德罗定律；（2）用表示摩尔分数，证明xi=总Vi（3）证明2=MkT3证明：（1）PV=nRT当p和T一定时，气体的V和n成正比可以表示为V∞n（2）在压强一定的条件下，V总=V1+V2+V3+-----根据分体积的定义，应有关系式P总Vi=nRT混合气体的状态方程可写成P总V总=nRT总VVi=nni又nni=xi所以xi=总Vi（3）BA=ABMM又pV=31N0m(2)22=mpV0N3=MRT3所以2=MkT313．已知乙醚的蒸汽热为25900J·mol-1，它在293K的饱和蒸汽压为7.58×104Pa，试求在308K时的饱和蒸汽压。解514．水的气化热为40kJ·mol-1，，求298K时水的饱和蒸汽压。解15．如图所示是NaCl的一个晶胞，属于这个晶胞的Cl（用表示）和Na+（用表示）各多少个？解6第三章晶体结构3-1给出金刚石晶胞中各原子的坐标。1﹑解：0,0,0;1/4,1/4,1/4;3/4,1/4,3/4;3/4,3/4,1/4;1/4,3/4,3/4或0,0,0;3/4,1/4,1/4;3/4，3/4，1/4；1/4，1/4，3/4；3/4，3/4，3/4。3-2给出黄铜矿晶胞（图3-48）中各种原子（离子）的坐标。2﹑解：Cu0,0,0;1/2,1/2,1/2;0,1/2,1/4;1/2,0,3/4。Fe1/2,1/2,0;1/2,0,1/4;0,0,1/2;0,1/2,3/4。S3/4,1/4,1/8;1/4,3/4,1/8;1/4,1/4,3/8;3/4,3/4,3/8;3/4,1/4,5/8;1/4,3/4,5/8;1/4,3/4,5/8;1/4,1/4,7/8;3/4,3/4,7/8。3-3亚硝酸钠和红金石（TiO2）哪个是体心晶胞（图3-49）？为什么？3﹑解：亚硝酸钠是体心晶胞，金红石是素晶胞。3-4黄铜矿晶胞（图3-48）是不是体心晶胞？4﹑解：是体心晶胞。考虑方法如：体心铜原子与顶角铜原子周围的氧原子的方向相同，而且氧原子上（例如体心铜原子左下前的氧原子与右上前顶角铜原子对比）连接的铁原子的方向也相同（注意：顶角原子是完全等同的，因此，体心原子可与任一顶角原子对比）。3-5白钨矿晶体（图3-50）是素晶胞还是体心晶胞？说明理由。5﹑解：是体心晶胞。3-6碳酸氢钠晶胞的投影如图3-51所示，请问：平均每个晶胞含有几个相当于化学式NaHCO3的原子集合（代号：Z）？6﹑解：平均每个晶胞含有4个相当于化学式NaHCO3的原子集合。3-7推算典型离子晶体的各种堆积-填隙模型的堆积球和填隙球的半径比。7﹑解：见表3-7。3-8在闪锌矿和萤石的四面体配位多面体模型中除存在四面体外还存在什么多面体？在后者的中心是否有原子？8﹑解：八面体。没有原子。3-9图3-52由黑白两色甲壳虫构成。如果黑白两色没有区别，每个点阵点代表几个甲壳虫？如果黑白两色有区别，一个点阵点代表几个甲壳虫？前者得到什么布拉维点阵型式，后者又得到什么布拉维点阵型式？9﹑解：前者1个甲壳虫1个点阵点，二维菱形单位；后者2个甲壳虫1个点阵点，二维面心立方。3-10图3-53是一种分子晶体的二维结构，问：每个点阵点所代表的结构基元由几个分子组成？图中给出的点阵单位（每个平均）含几个点阵点？含几个分子？10﹑解：每个点阵点代表6个分子。点阵单位含1个点阵点，6个分子。3-11晶体学中的点阵单位并非只有布拉维单位一种，例如有一个叫Volonoi的人给出了另一种点阵单位，获得这种点阵单位的方法是：以一个点阵点为原点向它周围所有相邻的点作一连线，通过每一连线的中点作一个垂直于该连线的面，这些面相交得到一个封闭的多面体，就是Volonoi点阵单位。请通过操作给出下列三维布拉维点阵单位的相应Volonoi点阵单位：（1）立方素单位；（2）立方体心单位。11、解：一种具体的晶体究竟属于哪一种布拉维点阵型式，是由它的微观对称性决定的，晶体学家把这样确定的点阵型式称为晶体的正当点阵型式，然而，一个晶体结构的测定步骤是倒过来的，首先是确定晶体的点阵型式，然后再确定它的阵点的（化学和几何）内容。73-12你想知道能带理论如何解释固体的颜色吗？例如：为什么金﹑银﹑铜﹑铁﹑锡的颜色各不相同？为什么愚人金有金的光泽？为什么ZnS（闪锌矿）呈白色﹑HgS（朱砂）呈红色而PbS（方铅矿）呈黑色？天然的金刚石为什么有蓝﹑红﹑黄﹑绿色而并非全呈无色？请阅读：拿骚.颜色的物理和化学.科学出版社，1991，168～182（注：“费密能”的定义在166页上）。请通过阅读测试一下自己的知识和能力，以调整自己的学习方法预定目标与学习计划安排。最好阅读后写一篇小文（主题任选）。12、解：金属键的另一种理论是能带理论。能带理论是分子轨道理论的扩展，要点有：（1）能带中的分子轨道在能量上是连续的。（2）按能带填充电子的情况不同，可把能带分为满带、空带和导带三类。（3）能带和能带之间存在能量的间隙，简称带隙，又称禁带宽度。（4）能带理论能够对金属导电进行解释。（5）能带理论是一种既能解释导体，又能解释半导体和绝缘体性质的理论。（6）由此可见，按照能带理论，带隙的大小对固体物质的性质至关重要。3-13二层﹑三层为一周期的金属原子二维密置层的三维垛积模型只是最简单的当然也就是最基本的金属堆积模型。利用以下符号体系可以判断四层﹑五层为一周期的密置层垛积模型是二层垛积和三层垛积的混合：当指定层上下层的符号（A﹑B﹑C）相同时，该指定层用h表示，当指定层上下层的符号不相同时，该指定层用c表示。用此符号体系考察二层垛积，得到…hhhhhh…，可称为垛积，用以考察三层垛积时，得到…cccccc…，可称为c堆积。请问：四层﹑五层为一周期的垛积属于什么垛积型？为什么说它们是二层垛积和三层垛积的混合？（注：h是六方——hexagonal——的第一个字母；c是立方——cubic——的第一个字母。）13﹑解：四面垛积是…hchchch…，即hc垛积型，说明六方垛积和立方垛积各占50%；五层垛积是…hhccchhccchhccc…，即hhccc垛积型，说明六方垛积和立方垛积分别占2/5和3/5。3-14温度足够高时，某些合金晶体中的不同原子将变的不可区分，Cu3Au晶体中各原子坐标上铜原子和金原子可以随机地出现。问：此时，该合金晶胞是什么晶胞？14﹑解：面心立方晶胞。3-15温度升得足够高时，会使某些分子晶体中原有一定取向的分子或者分子中的某些基团发生自由旋转。假设干冰晶体中的二氧化碳分子能够无限制地以碳原子为中心自由旋转，问：原先的素立方晶胞将转化为什么晶胞？15﹑解：面心立方晶胞。3-16试在金属密堆积的面心立方晶胞的透视图上画出一个二维密堆积层，数一数，在该密堆积层上每个原子周围有几个原子，在该原子的上下层又分别有几个原子？（参考3-54）16﹑解：6；3。参考图解如图3-53。3-17找一找，在六方最密堆积的晶胞里，四面体空隙和八面体空隙在哪里？已知纤维锌矿（ZnS）的堆积填隙模型为硫离子作六方最密堆积，锌离子作四面体填隙，请根据以上信息画出其晶胞。17﹑解：见：周公度.结构和物性.高等教育出版社,1993,274～2933-18有一种典型离子晶体结构叫做ReO3型，立方晶胞，Re6+的坐标为0，0，0；O2-的坐标为0，1/2，0；1/2，0，0；0，0，1/2。请问：这种晶体结构中，铼的配位数为多少？氧离子构成什么多面体？如何连接？18﹑解：Re的配位数为6；八面体；全部以顶角相连。3-19实验测得金属钛为六方最密堆积结构，晶胞参数为a=295.0,c=468.6pm，试求钛的原子半径和密度。19、解：晶胞体积：V=abcsin120°=295.0×295.0×468.6×0.866×10-24=3.53×10-16密度：ρ=47.867×2/6.02×1023×3.53×10-16=4.5g/cm-33-20实验测得金属铂的原子半径为138.7pm，密度为21.45g/cm3，试问：假设铂取面心立方最密堆积晶体结构，将从X衍射图谱算出的晶胞参数多大？20﹑解：事实为a=392.3pm。3-21金属密堆积结构晶体学测定的实验数据是测定阿伏加德罗数的重要实验方法，试给出计算方程。21、解：体心立方堆积空间占有率=(2×4/3лr3)/a3=68.02%简单立方堆积空间占有率=[4/3л（a/2）3]/a3=/6×100%=52.36%球的空间占有率=[2×4/3л（a/2）3]/a2×1.633a×sin120°=74.05%3-22Shannon给出的6配位Na+的有效半径为102pm，假设NaH取NaCl结构型，H-离子互切，Na+与H-也正好互切，求H-的6配位半径。22﹑解：142pm。3-23假设复合金属氟化物MⅠMⅡF3取钙钛矿结构，而且氟离子正好互切，已知氟离子的半径为133pm，问：填入空隙的MⅠ和MⅡ分别不超过多少pm，才能维持氟离子的相切关系？将在X衍射图谱中得到多大晶胞参数的立体晶胞？某研究工作实际得到CsEuF3晶胞参数为477pm，该实验数据意味着什么结构特征？23﹑解：a=2r(F-)+2r(MII);a1/2=2r(F-)+2r(MI)=4r(F-)(为维持氟离子相切，与氟离子混合8进行面心立方最密堆积的MI半径不能超过F-半径)；故：a=376pm;r(MII)55.0pm;r(MI)133pm。实际得到的晶胞参数远大于氟离子，该晶体结构型中氟离子并不相切，可以适当远离仍不破坏结构。3-24根据表3-4的数据判断，若氧化镁晶体取氧原子面心立方堆积，镁离子将填入氧离子堆积形成的什么空隙中去？所得晶胞是素晶胞还是复晶胞？氧离子核间距因镁离子填隙将扩大多少？预计该晶体的晶胞参数多大？24