第13章p区元素课后习题答案.docx

1、第13章p区元素课后习题答案第 13 章p 区元素课后习题答案 第 一 组10.1 下面给出第 2 第 3 周期元素的第一电离能数据(单位 1) 试说明 B 的数值为什么低于左右元素 解答同周期内，自左至右第一电离能 I1 总的变化趋势是逐渐增大的 但中间有明显 的跳跃性变化 也就是说，由于自左至右核电荷依次增加 半径依次减小I1 值 必然依次增大 但由于外围电子构型对电离能影响较大。因此就出现和外围电子 构型相应的跳跃式变化 因 2 23 26 属全满或半满状态 比较稳定。故此时的第一电离能就较大，如失去一个电子后成半满，全满或全空的稳定状态，则 I1 值就较小物 4. 。参看图 1.181

2、0.2 回答下列用途所依据的性质 可能情况下并写出相关的反应式1 某些型号的分子筛用于干燥气体中的微量水2 担载在硅胶上的 用于除去氮气和稀有气体中的微量氧3 甘油用于强碱滴定 H334 硫酸铝做为絮凝剂净化水5 硼砂用做定标准酸溶液的基准物6 硼钢用做核反应堆的控制棒7 3 和 3 用做有机反应的催化剂(参考第 5 章课文)解答 1 基于分子筛的性质和选择性。分子筛是具有分子那般大小孔经（微孔）的一类结晶铝硅酸盐。当分子筛（例如 4A 或 5A）的微孔使水分子能穿过时， 就对水分子产生了极强的亲合力（收附力）且吸水容量大。2 高度分散在硅胶上，能与杂质O2 在室温或接近室温的条件下迅速反应：

3、6223O4而这一反应一般是在高温下才能进行的。担载也可再生使用。3 H33 的酸性极弱，不能直接用滴定。甘油与之反应生成稳定配合物而使其显强酸性 从而使滴定法可用于测定硼的含量。4 硫酸铝在水中易水解生成胶状 ()3 沉淀，可吸附水中杂质。5 硼砂易制得纯品，稳定，易溶于水并水解使溶液显强碱性，可配得极准确的浓度，因而可作基准物。例如2B4O7.10H224H33+25H2O6 基于硼吸收中子的能力。7 见节5.2.3。因为B和在其三卤化合物中价层未满足8电子结构，是缺电子化合物。因而是路易斯酸，在有机反应中它们能拉开键合于碳原子上的路易斯碱产生正碳离子。R3333- R3333-置换出来的

4、正碳离子非常活泼，与另一有机反应物反应得目标产物。8 l2O3 是 ()3 在特定条件(低温快速)下加热而得，比表面高而有活性，因而具有催化 性能。10.3 解释1 六方晶体氮化硼与石墨在结构上的异同 2 硼酸在水中是一元弱酸3 水溶液中2S和铝盐相互作用生成()3而不是 2S34 ()卤化物3中的X只能是F或或 (组成为 3 的化合物是 阳离子 与 I 3 阴离子的化合物。5 3 是个路易斯酸，而3对简单给予体分子几乎不显路易斯酸。6 等电子物种4，4和4中H原子的酸碱性。7 3，3 和3对O原子或S原子给予体路易斯碱显示相反的路易斯酸性强弱顺序解答：1 参见节 13.12 参见节 13.3

5、.23 参见 P182 节 8.3.2 2S3 是弱酸弱碱盐，在水中完全水解2S3(s)+6H2O(l)2()3(s)+3H2S(g)因而在水中2S和铝盐不能作用生成 2S3。若要制得，则可用下法： 4 ()由于 6s 惰性电子对效应 高价具强氧化性 而 按 的还原性增加因而()与 会发生氧化还原反应生成低价 (或 3) 而得不到高价 3从下面的标准电极电势可说明3+ +2 E 1.252I3+2 3 E 0.5365 3 是路易斯酸的原因 题 12.1(7)已有说明 3 也是路易斯酸 但由于 离子半径特小 使 3 的熔点和升华焓较其他卤化物高得多 较高的晶格焓 还导致了它在大部分有机溶剂和无

6、机溶剂中都不溶解 水中的溶解度 25 时 为 0.41% ，因此 对简单给予体而言，虽然 3 中 为缺电子，仍不能将 电子给 ，3 也就几乎不显路易斯酸性6 3 个物种中 H 原子的性质随中心原子电负性不同而不同 4 +提供 而显酸性 4-而 因提供而显酸性。4 则既不显酸性也不显碱性7 参见节 5.2.2 软硬软碱 虽都为缺电子 但体积增大 变形性增大对电子的吸引力减小，按 B 硬度减小，而 O2-和 S2-均为给电子，但 体积增大 电负性减小，吸引电子的力减小，按 O2- S2-碱度减小依“软亲软 硬亲硬” 选择的参照物不同 自然显示出不同的路易斯酸性强弱顺序10 4 写出下列过程的反应方

7、程式1 镁的硼酸盐矿物酸法制硼砂2 乙硼烷在空气中燃烧3 铝土矿生产金属铝4 金属氯化法和氧化铝还原氯化法制备三氯化铝5 3 水解解答1 2B2O5 H22H242H33+24硼镁矿4H33+23H22B4O7 10H2O2 B2H6(g)+3O2(g)3B()3(s) 0m -21663 2O3+23H22()4铝矾土 2()422()3232O 2()32O3+3H2O 36 22O3 4 + 3O2电解 (阴极) (阳极)4 金属氯化法600750 2(l)+32(g)23(s)氧化铝还原氯化法8009002O3(s)+3C(s)+32(g)23(s)+3(g)5 3(g)+3H2O(l

8、)()3()+3()10 5 组成最简单的硼氢化合物为什么是 B2H6 而不是 3?描述 B2H6 分子中的化学键解答 3 不能存在是由于 B 原子缺电子性质所决定的。如果存在 3 则其结构为 B 还有一个空的 2p 轨道未参与成键 如果该轨道能用来成键 将会使体系的能 量进一步降低 故从能量上讲 3 是不稳定体系 事实上 在 B2H6 中由于所有的价 轨道都用来成键分子的总键能比两个 3 的总键能大 故 B2H6 比 3 稳定这就是3 不能存在的原因 B2H6 的分子结构为B 为 3 杂化，每个 B 原子用两个杂化轨道分别与两个 H 原子形成正常的共价键当两个处于同一平面的 2 就相互接近时

9、 则剩下的另两个 3 杂化轨道在垂直方相遇，如果这时让两个 H 原子置于适当位置，那么 H 的 轨道与两个 B 的 3 杂化轨道对 称性相同 可相互重叠组成三个分子轨道，成键轨道 1 非键轨道2 反键轨道3 这三个轨道只有两个电子 它们占据成键轨道1 形成一个包括 BHB 三个原子的 化学键 称为三中二电子键 106 用反应式表达人们为 3 水解反应建议的机理 为什么说 H2O 分子配位于 B 原 子那一步的机理是合理的解答反应机理见节 13.3.3，因为 3 为路易斯酸，较 3 弱，H2O 为温和的路易斯碱。因此它们反应会生成不太稳定的配合物，继而因 的电负性大加合 H3而消除一个10 .7

10、 乙硼烷B2H6与路易斯碱N(3)3 和3反应的产物分别为H3(3)3和H2B(2)+试从反应机理作说明解答由于 B 的缺电子性能，B2H6 是路易斯酸 与富电子的 N(3)3 和 3(显路易斯碱 性)反应生成配合物，其反应产物决定于 B2H6 在具体反应中的断裂方式。10 8 用威德规则计算下列硼氢化合物的骨架电子对数并判断结构为闭合式 巢式或蛛 式 B12H122- B6H10 B5H11解答10 9 气相中的33 和3 为什么均以双聚分子2X6 形式存在?描述26 分子中的化学键参考第5 章课文解答参见节5.2.3 原子是缺电子原子半径又较B 大虽形成的键不如3强但随着配位数增加中心原子

11、与更多的配位原子生成键因此在3( I)中3 原子空的p 轨道可接受另一个3 中X 原子上的孤对电子形成如下的双聚结构 双聚结构的形成使3 中 原子空的p 轨道得到利用故2X6 分子比两个3分子的能量更低更稳定。第 二 组10 10 回答下列用途所依据的性质 可能情况下并写出相关的反应式1 金属镍在石墨转化为金刚石过程中的催化作用2 活性炭用于净化食用油 饮料脱色以与水处理3 金刚石和立方晶体氮化硼用做磨料 而石墨和六方晶体氮化硼用做润滑剂4 沸石用做气体的干燥剂和净化剂5 沸石可望用于 O2 和 N2 的分离以获得富氧空气6 2 水溶液用于检验微量 的存在7 ( )的还原性用于鉴定 2+和 3

12、+解答1金属 催化作用是基于在高温高压下，熔化了的 与石墨大面积地接触 同 时两种同素异形体在 熔体中的溶解度不同 石墨的溶解度高于金刚石对石 墨饱和了的 熔体对金刚石而言已达到过饱和，一旦冷却 催化剂在结晶 时就带动石墨使其构型快速 定向地向金刚石转化，溶解了的石墨即以金刚石 形态析出2 活性炭的高比表面积成为高效吸附剂(参见节 13.5.1)3 结构和性质的相似性(参见节 13.1)4 沸石的吸附性(参见节 13.6.3)5 沸石的分离功能(参见节 13.6.3)6 基于常温下 的还原性2()(g)2O(l)2(g)(s)+2()黑7 222224 (白色沉淀)22224 (黑色沉淀)10

13、 11 解释1 和 是很好半导体材料而同族的 C(金刚石)和 则不是2 能使人窒息死亡而 2 却用于制造碳酸饮料(提示 从配位能力考虑)3 配制 2 溶液时需加入盐酸和锡粒4 甲烷热解产生的 C 原子在加热物体表面上沉积出混有石墨的金刚石微晶5 2 具有直线形分子结构6 钟乳石的形成过程(提示 溶有 2 的天然水对难溶碳酸盐矿物的转移作用)7 金属钠用于干燥醚类溶剂但不能用于干燥 48 产生 温室效应 的原因9 玻璃(包括石英玻璃)不能用于含 气体的场合10 溶于含有多硫化物杂质的 2S 溶液而 却不溶解答1 是否是半导体的判据只能是禁带的宽度 而不能以其导电能力判断 参见表 13.3说明2

14、的结构显示它有路易斯酸性 ，具有很强的配位能力 ，可与低氧化态金属形成 一大类非常重要的无机配合物 ，其毒性的产生即与此性质有关。 例如 与血 红蛋白中 ()原子的结合力比 O2 高出 300 倍 过高浓度(高配体浓度有利于配位)的 可使血红蛋白失去结合 O2 的能力导致头痛 眩晕甚至死亡。2 的结构决定了它的路易斯酸性极弱，不是一个好的配体，就没有了 破坏机体中有用金属原子的作用 因而无毒。非但如此，它在饱和水溶液中溶解 也只有 1%通过水合作用转化为 H23 一旦碳酸饮料的压力取消，2 立即就 跑出来，同时带走了热量。3 加入酸是为了防止 2 的水解()不溶于 : 22() 加入锡粒是为了

15、防止 2+被氧化2+()+1/2 O2(g)+2H3()4+()+2H2O(l)一旦被氧化 又被 粒还原为 2+: 4224 C 原子由 4 热解的方法产生 有人认为热解过程中同时产生的原子态氢对金 刚石微晶的形成有重要作用，原子态氢与石墨反应重新生成碳氢化合物的反应 速率比与金刚石反应生成碳氢化合物的反应速率大，从而使混杂的石墨被消除5 参见节 13.5.2 也可用杂化轨道理论解释 中心原子 C 运用 杂轨道与两个 O原子的价层轨道重叠形成两根 键 自然轨道夹角为 1800 2s2 212122 6 3 难溶于水 但 (3)2 易溶于水 它们之间存在如下平衡3(s)2(g)2O(l)(3)2

16、() 在地壳深处由于压力大 2 的分压也随之而变大，上述平衡向右移动，使 3 以 (3)2 的形式溶于地下水中。长期被含 2 的地下水侵蚀过的 石灰岩地带就会出现溶洞，含有 (3 )2 的地下水流出地表后，由于压 力大大减小 则上述平衡向左移动，3 沉淀下来而逸出 2。这种反应 年复一 年不断地进 行着 ，随着 3 的积聚便形 成了石笋和 钟乳石 。7 金属钠与 4 会剧烈反应8 参见节 13.5.2 和节 18.1.29 2(s)+4(g)4(g)+2H2O(l) 4 易溶于并水解34+8H244+4H3 +262-结果玻璃被腐蚀10 并不能溶于 2S 或(4)2S 水溶液中(无论冷时或热时

17、),但当 2S 或(4)2S 中含有杂质多硫离子时 却可氧化 2+ 至 4+ 进而形成硫代锡酸 盐 例如(4)2S2(4)23S22+却不能将2+氧化成 4+(具有强氧化性)10 12 写出下列过程的反应方程式1 用 水蒸气转化法 和 水煤气反应 制备 合成气2 实验室制备少量 气体3 鼓风炉炼铁4 2(电石)与水反应生成乙炔5 由冶金级硅经三氯硅烷制备半导体所需要的高纯硅6 4 和 4 的水解7 2 在酸性介质中氧化 2+8 2 溶于(4)2S 的水溶液解答1 水蒸气转化法1000 4(g)2O(g)3H2(g)(g)水煤气1000 C(s)2O(g)2(g)(g)2 (l)(g)2O(l)

18、浓 H24浓 H243 32O323O42 3O432 24 2(s)+2H2O(l)()2(s)2H2(g)5 (s)+3(g)3(g)2(g) (不纯)产物经分馏提纯后再通过上述反应的逆反应于 1000 下在硅棒上沉积出纯 硅10003(g)2(g)(s)+3(g) (纯)6 4 水解方程见题 13.11(9)4+4H24H44+47 2252+4H3 24 +5 26H2O8 3O4+8322+4H2O 3O4+432(3)22+2H2O9 2+(4)2(4)2310 13 从热力学因素考虑 所有四卤甲烷都能发生下述水解反应4(g 或 l)+2H2O(l)2(g)+4()但 4 和 4

19、的水解速率极慢，你能给出动力学上的原因吗(提示：从空间因素 考虑)4 和 4 的水解反应速率能否支持你提出的观点。解答参见表 13.9，由于从 ，的半径增大，变形性增大，同时 C X 键的键能随 下降 分别为 485、327、285、2131。因而 4 的水解速率从 F I 增大。即是说H2O 中 氧 原子对 4 的亲核反应 速率 由于空 间效 应从 F I 增大 (4 个 或 4 个 严密地包围了 C 原子)。水解速率也随之增大，因而 4 和 4 不但是热力学上的稳定物质，而且是动力学上的稳定物质。10 14 一个简单钠沸石笼的骨架中有多少个桥氧原子 用文字描述图 13.5 中 A 型沸石

20、结构中心的多面体(超级笼) A 的组成为12(2)12(2)12 2O 图13.5 有24 个顶角因此 和 原子总数为24 因此应有48 个氧原子文字叙述参见节13.6.310 15 当今发展中的硅无机高分子材料有哪两大类 你能找出两种结构式见课文中的 图(13.20)和图(13.22)之间的关系吗解答参见节13.6.310 16 据认为 3O4(铅丹 )中存在 ()和 ()两种氧化态 你能从化学和结构证 据作出适当说明吗？解答参见节 13.9.1 其结构由 O6 八面体的链组成 这些链之间是以 ( )周围配位 3个氧原子呈棱形的原子团连接的 第 三 组10 17 回答下列用途所依据的性质 可

21、能情况下写出相关的反应式1 2 或 用于高温冶炼过程降低反应温度2 P4O10 用作高效干燥剂3 3 的某些性质用于检验砷毒4 亚磷酸盐和次磷酸盐都可作温和还原剂5 5 加于氟磺酸制备超强质子酸解答1 2 或 易与高温冶炼过程中的杂质氧化物形成硅酸盐或碳酸盐沉淀 是一 放热反应 同时因密度小又浮在反应物上层，减小了热量损失，特别是 2 与 的反应(造渣反应)23可使一些原本不能进行的反应能进行 这便是 反应的偶合2 P4O10 不但极易吸水生成 H34 甚至可以夺取某些化合物的 H2O1 3 在无氧条件下通过加热的玻璃管形成亮黑色的 砷镜 称为马氏试砷法加热232 +3H2另外 3 的还原性可

22、还原 3 而形成 银镜 称为古氏试砷法加热23+123+3H22O3+123+124 磷酸根的氧化数为+3 次磷酸根的氧数为+1 在水溶液(特别是在碱性溶液 中)都是还原剂酸性溶液 H34+2 +2 H332O E 0.276VH33+2 +2 H322O E 0.499V 碱性溶液5 232523 2F10(3)-在此体系中有一半 3F 接受质子而形成 H23共轭酸 酸性显然比氟 磺酸强得多，另外生成大的负离子 2F10(3)-由于负电荷分散而特别稳定1018 解释1 白磷的活泼性远高于 N22 砷酸的存在形式是 H34 而锑酸则是 H()63 N(V)和 (V)的氧化能力比同族中介于它们之

23、间的三个元素在+5 氧化态时 都要强(提示：考虑元素的电负性变化趋势和惰性电子对效应)4 43-的组成和性质与. 3-4相似但前者摄入人体却引起中毒5 5 在气态是个分子化合物(三角双锥结构)而固态则是离子化合物6 H34(磷酸) H33(亚磷酸)和 H32(次磷酸)的化学式中均有 3 个 H 原子 它 们却分别是三元酸 二元酸和一元酸解答 1 氮是第二周期元素半径较小易形成多重键N2 分子是由三重组键键合而成键能 942 1 这一结构决定了它的化学性质不活泼 而磷是第三周期元 素 半径较大不易形成多重键 单质磷由 4 个 P 原子通过单键键合而形成四 面体结构 在此 PPP 的键角只能是 6

24、00，比纯 P 轨道形成的键角(900)小 得多(实际上 P4 分子中 PP 键还含有少量的 s ，d 轨道成分) 可见 PP 键是受 张力作用而重弯曲的键，使 PP 键的键能只有 201 1。故很易断开使 白磷具有了很高的化学活性2 砷(V)含氧酸的形式为 H34 是因为它是一种三元酸 与 H34 组成形式相同 为 3 杂化 而锑(V)的含氧酸是一元酸 (V)为 d23 杂化和同周期的 H56，H66 一样 H()6中 周围排布着 6 个 基形成八面体结构3 N 的半径小 同族里电负性最大，反应过程自然易得到电子，N(V)的氧化能力 就特别强，甚至被还原为 N3-形式，而 因惰性电子对效应，

25、 较易形成氧化数 为+3 的化合物，呈 3+形式 因而 (V)的氧化能力也强4 3-4的组成和性质与4.3-相似才容易进入细胞里但与P 不同的是3-4的氧化性比4.3-强的多在细胞里易被还原为有毒的()物种毒性就产生于()这个软原子对含硫氨基酸中S 原子的强亲和力使肌体受害。5 5 在气态时是三角双锥形P 原子采取 3d 杂化，而当成固态时 5 的 P 倾向于达到六配位生成6-离子(正八面体 P 原子采取 3d2 杂化) 而另一分 子的 5 提供了 后使形成4+离子。正四面体P 原子采取 3 杂化 这 样形成了离子晶体 其产生的晶格能是 转移的驱动力 ，固态的 5 标准生成 焓为-463 1。但易升华(162度)6 可从其结构看出：由于可从羟基氧上电离出的 分别为 3、 2 、1 因此它们分 别为三元酸、二元酸和一元酸 19 掌握氮的重要氧化态之间的转化关系1 写出固氮的 3 个反应方程式并注明反应条件 工业上选用其中一个反应在大规 模合成时考虑的主要因素是什么2 以 3 和其他适当的原料为起始物合成氮的下列正氧化态化合物(以反应式表 示) 2 3 23 以 3 和其他适当的原料为起始物合成氮的下列负氧化态化合物(以反应式表 示)