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1、无机合成化学简明教程课后习题参考答案第一章概论1现代无机合成的容和方法与旧时代相比有哪些变化答：2为什么说无机合成化学往往是一个国家工业开展水平的标志无机合成化学与国民经济的开展息息相关，在国民经济中占有重要的地位。工业中广泛使用的三酸两破，农业生产中必不可少的化肥、农药，根底建立中使用的水泥、玻璃、瓷，涂料工业中使用的大量无机料等无一不与无机合成有关。这些产品的产量和质量几乎代表着一个国家的工业水平。3为什么说合成化学是化学学科的核心，是化学家改造世界、创造社会財富的最有力的手段答：作为化学学科中当之无愧的核心，合成化学已成为化学家改造世界创造未来最有力的工具。合成化学领域的每一次进步都会带

2、动产业的一次革命。开展合成化学，不断创造和开发新的物种，不仅是研究构造、性能及其相互关系，提醒新的规律与原理的根底，也成为推动化学学科与相关学科开展的主要动力。4您能举出几种由p区元素合成的无机材料吗碳纳米管、5为什么从某种意义上讲，合成化学的开展史就是化学的开展史6.无机合成有哪些热点领域1特种构造无机材料的制备2软化学合成3极端条件下的合成4无机功能材料的制备5特殊聚集态材料的合成6特种功能材料的分子设计7仿生合成8纳米粉体材料的制备9组合化学10绿色化学。7什么是极端条件下的合成能否举一例说明。极端条件是指极限情况，即超高温、超高压、超真空及接近绝对零度、强磁场与电场、激光等离子体等。例

3、如，在模拟宇宙空间的情况下，可能合成出没有位错的高纯度品体。8查阅文献，找出一例绿色合成原理在无机合成化学中的应用。9何谓软化学合成方法与所谓的“硬化学法相比有什么特点软化学是相对于硬化学而言的。它是指在较温和条件下实现的化学反响过程。特点：1.不需用高纯金属作原料2.制得的合金是有一定颗粒度的粉末，不需在使用时再磨碎3.产品本身具有高活性4.产品具有良好的外表性质和优良的吸放氢性能5.合成方法简单6.有可能降低本钱7.为废旧储氢合金的回收再生开辟了新途径第二章低温合成1温度与物性有怎样的关系什么是物质的第五态温度与物性的关系：对于一般液体来说，随着温度降低，密度会逐渐增加。物质的第五态就是玻

4、色爱因斯坦凝聚Bose-Einstemcondensation，简称BEC，它是科学巨匠爱因斯坦在80多年前预言的一种新物态：预言当原来不同状态的原子在温度足够低时，会突然聚集在一种尽可能低的能量状态，即处于不同状态的原子“凝聚到了同一种状态一般是基态。2为什么稀有气体化合物总是在低温或超低温下合成由于稀有气体自身就是在低温下进展别离纯化的，因此它们的一些化合物也是在低温下进展的。3实验室中，获得低温的方法或低温源装置有哪几种各举一例1恒温低温浴。低温合成需要的低温源装置可分为制冷浴与相变冷浴。例：干冰啤酒/水果2制冷产生低温。例：科学研究中使用的大型氦制冷机。3低温恒温器。4储存液化气体的装

5、置。储存液化气体的杜瓦瓶储存液化气体的钢瓶。5低温的测量。蒸气压温度计低温热电偶低温电阻温度计4在Xe的氟化物制备中，为什么系统要严格地隔绝湿气，所用仪器、管路应是防爆的，并且要用镍和蒙铜品制作为了防止它与水发生反响生成XeO4，而XeO4的固体极不稳定，甚至在-40也发生爆炸，而用镍和蒙铜制品是为了防止对仪器的侵蚀。5为什么任何碱金属与液氨反响后溶液都具有同一吸收波长的蓝光核心物种是什么如何证明因为它们共同形成了氨合电子，即电子处于46个NH3的空穴中。核心物种为氨分子。证明：碱金属的液氨溶液比纯溶剂的密度小液氨中随碱金属的浓度的增大，顺磁性减少。6在氨基钠的制备中，为什么特别强调整个装置的

6、连接都是不允许漏气的因为空气中的氧会和氨基钠反响并形成一种黄色含各种氧化物的外表覆盖层，这种被氧化的物质易爆炸，并且摩擦或加热就可引爆。7一般来说，非金属化合物的反响不会很完全，并且副反响较多。简述它们低温别离的主要方法。低温下的分级冷凝。低温下的分级冷凝就是使气体混合物通过不同低温的冷阱，当有一种气体通过冷阱后其蒸气压小于1.3Pa，就认为是定量地捕集在冷阱中；大于133.3Pa的气体能穿过冷阱，被认为不能冷凝。低温下的分级减压蒸发。这是别离两种沸点之差大于80挥发物质最简单的方法。低温吸附别离。从热力学可知，物理吸附过程中吸附是放热的。因此，吸附量将随温度的升高而降低。但当气体吸附质分子(

7、如N2、Ar、CO等)的大小与吸附剂的孔径接近时，它们的活化能很低，而且在很低的温度下，沸石的孔径发生收缩，从而增加了这些分子在晶孔中扩散难度，就会出现特殊的情况。低温化学别离。当碰到两种化合物通过它们的挥发性的差异进展别离达不到理想结果时，可以加上过量的第三种化合物，第三种化合物能同其中一种形成不挥发性的化合物，这样把挥发性的组分除去之后，再向不挥发性产物中参加过量的第四种化合物。这第四种化合物可以从不挥发性化合物中把原来的组分置换出来，同先前参加的第三种化合物形成不挥发性的化合物。8什么是金属瓷有什么特殊性质用在哪些方面它们是如何在高温下制备的它是由一种或几种瓷相与金属相或合金所组成的复合

8、材料。为了使瓷既可以耐高温又不容易破碎，在制作瓷的土中参加金属氧化物细粉制成金属瓷，又称弥散増强材料，主要有烧结铝(铝-氧化铝)、烧结铍铍-氧化铍、TD镍镍-氧化钍等。广义的金属瓷还包括难熔化合物合金、硬质合金、金属黏结的金刚石工具材料金属瓷广泛地应用于火简、导弹、超音速飞机的外売、燃烧室的火焰喷口等的制备。9获得高温有哪些手段获得高温的一些方法和到达的温度获得高温的方法温度/K各种高温电阻炉12733273聚焦炉40006000闪光放电4273等离子体电弧20000激光105106原子核的别离和聚变106109高温粒子101010141电阻炉；2高温箱形电阻炉：3碳化硅电炉：可加热到1350

9、，也可以短时间加热到1500：4碳管炉：用碳制管作为发热元件的电阻炉。因为它们的电阻很小，所以也称为短路电炉。这种炉可以很容易地到达2000的高温：5钨管炉：用钨作发热体的加热炉，温度可达3000。6感应炉：被加热物很快发热并到达高温几秒之可达3000。；7电弧炉。10高温合成技术有哪些广泛应用1高温下的固相合成反响2高温下的固-气反响3高温下的化学转移反响4高温下的冶炼和合金制备5高温下的相变合成6高温熔盐电解7高温下的单晶生长和区域熔融提纯8高温下的复原反响9自蔓延高温合成10等离子体激光、聚焦等作用下的超高温合成11.从金属活泼性看,钠略弱于钾，但是工业上却是用钠复原熔融态氯化钾的方法制

10、备金属钾。理由何在工业上于850时用钠复原熔融态氯化钾的方法制备金属钾：虽然fHmNaCl(s)=-411kJ.mol-1，fHmKCl(s)=-435kJ.mol-1,上述反响正向是吸收能量即rHm为正值的反响。但因钾比钠容易挥发,沸点分别为756.5、881,在该温度下钾为气态即正向是熵增过程得以进展。在850时的rGm=6.6kJmol-1,由rGm=-RTlnK,算得K=p(K)/p(Na)=0.458,即得到钠和钾的“混合物，经真空蒸馏得“纯钾,钠循环使用。12.何谓高温下的化学转移反响它主要应用在无机合成的哪些方面化学转移反响chemicaltransportreaction：是一

11、种固体或液体物质A在一定的温度下与一种气体B反响，形成气相产物，这个气相反响产物在体系的不同温度局部又发生逆反响，结果重新得到A。这个过程似乎像一个升华或者蒸馏过程，但是在这样一个温度下，物质A并没有经过一个它应该有的蒸气相，又用到了物质B转移试剂，所以称化学转移。应用：在新化合物合成、物质的别离提纯和大而完美的单晶生长以及测定一些热力学数据等方面。13.试绘制转移反响实验装置原理示意图，指明如何根据反响热的符号选择不同区域温度的上下。图中示意在温度梯度下固体物质转移的理想化流动装置。显然，由于作为转移反响中的传输剂气体在与原料反响之后生成的是气体化合物，并要充分满足一定的蒸气压使之向生长端转

12、移，传输剂还得在管中往返转移，因此，真空条件是必不可少的。通常，温度和浓度是影响转移反响的重要因素。可逆的多相反响到达平衡时，即其平衡常数为：Kp=pC/pB在原料放置区，即图中的T1段,A和B尽可能生成C并向沉淀区转移，在沉淀区T2，C尽可能分解沉积出A。这就要求T不要太大，Kp尽可能接近1，即平衡时气体的分压应近似相等才好。例子：化学蒸气转移制备TaS2晶体:由于是吸热反响，平衡常数随温度上升而增大，850时的挥发性产物的分压比750时的分压大，因此，TaS2在温度较低的一端沉积。14.熔盐电解法制备金属钠时，为何要参加熔融的NaCl或CaCl2为何不能使用同样的方法电解制备金属钾参加熔融

13、的NaCl或CaCl2的目的：降低盐的熔点。不用电解氯化钾熔液制备金属钾的主要原因：1电解产物钾在电解质熔液中溶解度较大，如800在熔融氯化钾中钾的溶解浓度高达76mol，溶解的钾将和阳极产物氯化合；2浮在电解质熔液表层的产物钾是易挥发的活泼金属，将与空气中氧反响15.什么是等离子体超高温合成它主要有哪些方面的用途等离子体激光、聚焦等作用可以产生极高的温度用来进展超高温合成。主要用途：等离子体冶炼：用于冶炼用普通方法难于冶炼的材料和简化工艺过程。离子体冶炼的优点是产品成分及微构造的一致性好，可免除容器材料的污染；等离子体喷涂：许多设备的部件应能耐磨耐腐蚀、抗高温，为此需要在其外表喷涂一层具有特

14、殊性能的材料。用等离子体沉积快速固化法可将特种材料粉末喷入热等离子体中熔化，并喷涂到基体部件上，使之迅速冷却、固化，形成接近网状构造的表层，这可大大提高喷涂质量；等离子体焊接：可用以焊接钢、合金钢；铝、铜、钛等及其合金，特点是焊缝平整、可以再加工、没有氧化物杂质、焊接速度快，用于切割钢、铝及其合金，切割厚度大。16.描画区域熔融提纯装置并说明其原理。为什么高温下的区域熔融是单晶生长的一种主要方法它有哪几种装置高温下的单晶生长也称熔体生长。区域熔融法是用于提纯材料的:熔区限制在一段狭窄围，随着熔区由始端经常加籽晶沿料锭向另一端缓慢移动，晶体生长过程也逐渐完成。水平区域熔融法垂直或悬浮区域熔融法1

15、7.写出用氢气复原WO3的各步方程式。18.什么是自蔓延高温合成该法有什么特点其关键技术是什么自蔓延高温合成材料制备是指利用原料本身的热能来制备材料.特点：能量利用充分；产品纯度高，因为SHS能产生15004000高温，使大量杂质蒸发而除去；产量高,因为反响传播速度可达0.115cms-1，大大高于常规合成方法；关键：引燃需要高能量。常用的引燃技术有以下几种：燃烧波点火：用钨丝或镍铬合金线圈作为点火剂点燃。辐射流点火：用氖灯等作为辐射源，采用辐射脉冲的方式点火。激光点火法、火花点火、电热爆炸、微波能点火、化学(自燃式)点火，及线性加热等。19.从物理化学原理说明高温高压合成的机理。高温高压合成

16、指在高压经常还有高温下合成常态时不能生成或难于生成的物质的过程。一个单元系或二元系物质，在常压下可能只有几个稳定的相，但在高压下大局部可变为成分一样的高压相或新成分的高压相；二元系的两相区也能形成新的高压化合物。高温高压可以有效的改变物质原子间距和原子壳层状态，因此可以采用高温高压合成物质。20.为什么高压合成时常常要辅以高温因为单单的高压合成就是利用外加的高压力，使物质产生多型相转变或发生不同物质间的化合，而得到新物相、新化合物或新材料。但是，当施加的外高压卸掉之后，大多数物质的构造和行为会产生可逆变化，又失去高压状态的构造和性质。因此，通常的高压合采用高压和高温两种条件交加，目的是寻求经卸

17、压降温以后的高压高温合成产物能够在常压常温下保持其高压高温状态时的特殊构造和性能。21.简述高压产生的方法。静压法：指利用外界机械加载压力的方式，通过缓慢逐渐施加负荷，挤压所研究的物体或试样，当其体积缩小时，就在物体或试样部产生高压强。动高压：利用爆炸(核爆炸、火药爆炸等)、强放电等产生的冲击波，在sps的瞬间以很高的速度作用到物体上，使物体部压力到达几十GPa以上，甚至几千GPa，同时伴随着骤然升温。23.为什么说金刚石薄膜的出现使金刚石的应用突破了它只能作为切削工具的藩篱金刚石薄膜在密度和硬度上稍逊于金刚石颗粒，但其耐磨性是数一数二的，仅5m的薄膜，其寿命比硬质合金钢长10倍以上。如果在塑

18、料、玻璃的外面用金刚石薄膜作耐磨涂层，可以大大扩展其用途，开发性能优越又经济的产品。更重要的是，薄膜的出现使金刚石的应用突破了只能作为切削工具的樊篱，使其优异的热、电、声、光性能得以充分发挥。24.高压高温合成在制备复合双金属氧化物方面有什么重要应用为什么不常直接使用氧化物作起始物广泛地应用在催化剂、吸附剂、瓷颜料、固体燃料电池及化学机械抛光等领域。高压腔的高温高压反响条件不仅可使常压高温下难以合成的双稀土氧化物容易得到，还能得到后者条件下未能合成的、自然界尚未发现的新物质，如EuTbO3、 PrTbO3、PrTmO3等。25.什么是超导体超导体具有什么突出的性质哪些元素是超导元素超导体：可以

19、在特定温度下,呈现电阻为零的导体。两个突出的性质：一是临界温度以下的电阻为零；二是显示Meissner效应。完全抗磁性：超导体一且进入超导态，体磁通量将全部被排除出体外，磁感应强度恒等于0超导元素：铁磁性金属Fe、Co和N不显示超导性，碱金属和钱币金属Cu、Ag和Au也没有超导性。Be, Ti, Zn, Cd, Hg, Y, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Al,Ga, In, Tl, Sn, Pb, La, Th, Pa, Am第三章水热-溶剂热合成/ 无水无氧合成/电解合成与应用1.什么是水热-溶剂热合成该法有什么特点有无缺乏水

20、热-溶剂热合成是指温度为1001000 、压力为1MPa1GPa 条件下利用水溶液中物质化学反响所进展的合成。特点：水热-溶剂热条件下，由于反响物处于临界状态，反响活性会有大大提高，有可能代替固相反响以及难于进展的合成反响；在水热-溶剂热条件下中间态、介稳态及特殊物相易于生成，可用于特种介稳构造、特种凝聚态的新合成产物；能够使低熔点化合物、高蒸气压且不能在融体中生成的物质、高温分解相在此条件下晶化生成；有利于生长极少缺陷、取向好、完美的晶体，且合成产物结晶度高以及易于控制产物晶体的粒度；易于反响的环境气氛，有利于低价态、中间价态与特殊价态化台物的生成，并能均匀地进展掺杂。缺乏：由于反响在密闭容

21、器中进展，无法观察生长过程，不直观，难以说明反响机理；设备要求高(耐高温高压的钢材，耐腐蚀的衬)、技术难度大(温压控制严格)、本钱高；平安性能差(我国已有实验室发生“炮弹冲透楼顶的事故)。2.水热-溶剂热合有哪些反响类型合成反响热处理反响转晶反响离子交换反响单晶培育脱水反响分解反响(8)提取反响沉淀反响(10)氧化反响晶化反响烧结反响反响烧结水热热压反响3.水热-溶剂热合成的机理可从哪些方面说明包括理论或实验在水热-溶剂热合成体系中,已开发出多种新的合成路线与新的合成方法,如直接法、籽晶法、导向剂法、模板剂法、有机溶剂法、微波法以及高温高压合成等技术。4.为什么美国化学与工程新闻将亚栋、钱逸泰

22、在700下将CCl4和金属Na发生类似Wurtz反响制成金刚石的工作评价为“稻草变黄金反响物价格比拟低，得到的产物价格比拟贵5.影响水热-溶剂热合成的因素有哪些影响因素：压强温度：高温高压下水的蒸气压变高、离子积变高、密度、黏度和外表力都变低，使水热反响具有重要离子间的反响加速、水解反响加剧、有氧化复原反响的电势发生明显变化三个特征。一般的反响都会从离子反响变为自由基反响，也使具有极性键的有机化合物常具有某种程度的离子性，自然能诱发离子反响或促进反响。填充度：在工作条件下，压强大小依赖于反响容器中的原始溶剂的填充度。合成溶剂性质的改变：水热反响中，溶剂会使反响物溶解或局部溶解，生成溶剂合物，影

23、响化学反响速率。6.水热-溶剂热合成有哪些具体应用1微孔材料的水热溶剂热合成：沸石与分子筛的骨架构造；几种典型沸石分子筛的合成A型沸石(LTA) Na12(AlO2)12(SiO2)12 27H2O的合成、Y型沸石(FAU) Na56(AlO2)56(SiO2)136250 H2O的合成、ZSM-5(MFI)的合成；空心纳米笼及纳米管制备研究取得新进展；2纳米粉料的水热溶剂热合成：纳米氧化物的水热合成；瓷纳米材料的水热合成；溶胶水热合成纳米粉料；有机溶剂热合成纳米粉料；特殊构造材料的水热溶剂热合成；无机有机复合材料的水热溶剂热合成7. 在水热-溶剂热合成分子筛等微孔材料中，往往参加矿化剂、有机

24、模板剂、孔道填充剂、缓冲剂、金属离子或有机阳离子，各自作用是什么在水热-溶剂热合成分子筛过程中，常常参加一些添加剂，如矿化剂(主要是OH-、F-)，用于增加硅酸盐、铝酸盐的溶解度；参加有机模板剂或构造导向剂，用于控制孔道的大小、形状；参加孔道填充剂，用于提高骨架的热力学稳定性；参加缓冲剂及修饰剂，用于控制反响过程的pH；参加金属离子或有机阳离子，用于平衡骨架电荷、调整骨架电荷密度等。8. 什么是“空气敏感化合物无水无氧操作主要应用在哪些方面由于许多化合物对于空气中的O2、湿气水蒸气和CO2敏感，易与其反响，因此将这些化合物称为“空气敏感化合物air-sensitive pounds应用方面：大

25、多数使用该操作手段的是制备金属有机化合物(organometallic pounds),它们是指至少含有一个碳-金属C-M键的化合物。9. 无水无氧操作有哪几种具体技术相比各有什么特点 Schlenk 装置：能抽除空气和引入惰性气体的玻璃装置。惰性气氛技术化学真空线几种操作技术的比拟方法排代或排除空气的性能被操作物质的量特征Schlenk和注射技术好至很好中至大操作溶液快速而方便；固体样品的转移手套箱技术差至很好小至很大复杂的转移操作；能控制毒性物质和放射性物质真空线技术很好至特好很小至中气体定量测定；挥发性溶液的无污染转移和储存很小：约1mg; 小:100 mg左右；中：数克；大：数百克；很

26、大：数千克10.何谓电解合成无机化合物的电解合成有哪些其他合成方法所不及的优点电解合成指通过电氧化或电复原过程，在水溶液、熔盐和非水溶液中的合成。优点：在电解中能提供高电子转移的功能，可以使之到达一般化学试剂所不具有的氧化复原能力；合成反响体系及其产物不会被复原剂(或氧化剂)及其相应的氧化产物(或复原产物)所污染；由于能方便地控制电极电势和电极的材质，因而可选择性地进展氧化或复原，从而制备出许多特定价态的化合物；由于电氧化复原过程的持殊性，因而能制备出其他方法不能制备的许多物质和聚集态。11.有哪些电解条件影响理想的电解合成例如，电流效率和能量效率，电流-电压曲线，氢和氧的超电压，电极材料的影

27、响，电极电势的影响，浓度的影响，温度的影响以及金属的电沉积等。12.电解合成技术有哪些广泛应用1获得高纯金属新工艺合成碘酸钙的研究电化学合成无机纳米材料特殊价态化合物合成熔盐体系的电化学无机合成非水溶剂中无机化合物的电解合成13.为何F2的电化学合成中要参加KF增加导电性，吸收HF。14.非水体系的电化学无机合成与水体系的电化学无机合成相比有什么特点第四章等离子体合成/化学气相沉积合成/溶胶-凝胶法合成与应用1. 什么是等离子体它有什么特点有几种获得方法高温、低温等离子体如何区分等离子体(plasma)：是由局部电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，是物质存在的

28、第四态。特点：具有正、负离子，可作为中间反响介质，特别是处于激发状态的高能离子或原子，可促使很多化学反响发生；由于任何气态物质均能形成等离子体,因此很容易调整反响系统气氛,通过对等离子介质的选择可获得氧化气氛、复原气氛或中性气氛；本身是一种良导体，能利用磁场控制等离子体的分布和运动，有利于化工过程的控制；热等离子体提供了一个能量集中、温度很高的反响环境，温度为104105的热等离子体是目前地球上温度最高的可用热源，不仅可以用来大幅度地提高反响速率，而且可借以产生常温条件下不可能发生的化学反响。获得方法：气体放电法光电离法和激光辐射电离射线辐照法燃烧法冲击波法微波诱导法区分：在高温等离子体中，电

29、子温度、离子温度及气体的温度完全一致，而低温等离子体不一致。2. 等离子合成技术有哪些的广泛应用1等离子治炼；2等离子喷涂；3等离了焊接；4等离子切割；5等离子刻蚀；6低温等离子应用如清洁；7等离子体军事及高技术应用如推进器；8等离子体制备特殊材料，进展喷涂，合成纳米材料，瓷材料，有机物合成；9等离子体在催化合成方面的应用，制氢臭氧，制革纺织及生物医用材料的应用。3. 查阅网页论述化学气相沉积技术的开展。我国古代的炼丹术可能是最早无意识地应用了该技术。 20世纪50年代, 由于当时欧洲的机械工业和机械加工业的强大需求, 现代CVD技术开场开展,主要着重于刀具涂层的应用。 20世纪6070年代,

30、由于半导体和集成电路技术开展和生产的需要，CVD技术得到了更迅速和更广泛的开展。 20世纪70年代,前联Deryagin、Spitsyn 和Fedoseev 等引入原子氢，开创了激活低压CVD(low pressare chemical vapor deposition,简称LPCVD)金刚石薄膜生长技术，80年代在全世界形成了研究热潮。 20世纪70年代以来，我国在激活低压CVD金刚石生长热力学方面，根据非平衡热力学原理，开拓了非平衡定态相图及其计算的新领域，真正从理论和实验比照上定量化地证实反自发方向的反响可以通过热力学反响耦合依靠另一个自发反响提供的能量推动来完成。4. CVD技术用于合成时具有哪些特点淀积反响如在气固界面上发生,那么淀积物将按照原有固态基底(又称衬底)的形状包覆一层薄膜。可以得到单一的无机合成物质,可作为原材料制备。可以得到各种