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第一章 原子结构和原子周期系
1-1根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态:
(a)K (b)Al (c)Cl (d)Ti(Z=22) (e)Zn(Z=30) (f)As(Z=33)
答:(a)[Ar]4s1(b)[Ne]3s23p1(c)[Ne]3s23p5(d)[Ar]3d54s2(e)[Ar] 3d104s1(f)[Ar]4s24p3
1-2给出下列原子或离子的价电子层电子组态,并用方框图表示轨道,填入轨道的电子用箭头表示.
(a)Be (b)N (c)F (d)Cl- (e)Ne+ (f)Fe3+ (g)As3+
1-3 Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何
1-4以下+3价离子那些具有8电子外壳 Al3+,Ga3+,Bi3+,Mn3+,Sc3+
答:Al3+和Sc3+具有8电子外壳.
1-5已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为:
(a)3s23p5(b)3d64s2(c)5s2(d)4f96s2(e)5d106s1
试根据这个信息确定它们在周期表中属于那个区,哪个族,哪个周期.
答:(a)p区,ⅦA族,第三周期 (b)d区,Ⅷ族,第四周期 (c)s区,ⅡA族,第五周期 (d)f区,ⅢB族,第六周期 (e)ds区,ⅠB族,第六周期
1-6根据Ti,Ge,Ag,Rb,Ne在周期表中的位置,推出它们的基态原子的电子组态.
答:Ti位于第四周期ⅣB族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2;
Ge位于第四周期ⅣA族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2;
Ag位于第五周期ⅠB族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 4d105s1;
Rb位于第五周期ⅠA族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 5s1;
Ne位于第二周期0族,它的基态原子的电子组态为[He] 2s22p6.
1-7某元素的基态价层电子构型为5d36s2,给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态.
答:该元素的基态原子电子组态为[Xe] 4f126s2.
1-8某元素基态原子最外层为5s2,最高氧化态为+4,它位于周期表哪个去 是第几周期第几族元素 写出它的+4氧化态离子的电子构型.若用A代表它的元素符号,写出相应氧化物的化学式.
答:该元素的基态原子电子组态为[Kr] 4d25s2,即第40号元素锆(Zr).它位于d区,第五周期ⅣB族,+4氧化态离子的电子构型为[Kr],即1s22s22p63s23p63d104s24p6, 相应氧化物为AO2.
第二章 分子结构
2-1用VSEPR模型讨论CO2,H2O,NH3,CO32-,PO33-,PO3-,PO43-的分子模型,画出他们的立体结构,用短横代表σ键骨架,标明分子构型的几何图形的名称.
2-2讨论上题列举的分子(或离子)的中心原子的杂化类型.
答:见上表.
2-3第二周期同核双原子分子中哪些不能稳定存在 哪些有顺磁性 用分子轨道模型解释.
答:Be2不能稳定存在,分子轨道组态为[He2]σ2s2σ*2s2.键级为0.
B2 ,O2有顺磁性.分子轨道组态分别为:B2 :[He2]σ2s2σ*2s2π2px1π2py 1;O2 :[He2]σ2s2σ*2s2σ2p2π2px2π2py 2π*2px1π*2py 1;因为存在孤对电子,所以有顺磁性.
2-4试用分子轨道模型做出预言,O2 +的键长与O2的键长哪个较短,N2 +的键长与N2的键长哪个较短 为什么
2-5计算表明CO,NO分子轨道能级图中的σ2p轨道和π2p轨道的顺序跟N2分子轨道里的顺序相同,它们有没有顺磁性 计算它们的键级,并
推测它们的键长顺序.
答:CO与N2等电子(10e),无未成对电子,无顺磁性.NO是11e分子,π2p*有1e,有顺磁性.CO的键级是3,NO的键级是2.5,键级降低,键长增大,因而CO的键长比NO短.
2-6极性分子—极性分子,极性分子—非极性分子,非极性分子—非极性分子,其分子间的范德华力各如何构成 为什么
分子类型
取向力
诱导力
色散力
极性分子—极性分子
有
有
有
极性分子—非极性分子
无
有
有
非极性分子—非极性分子
无
无
有
答:
取向力是固有偶极之间的作用力,非极性分子没有固有偶极,只有极性分子之间的范德华力有取向力的成分;诱导力是固有偶极诱导产生的偶极,因此非极性分子之间没有诱导力的成分,而色散力是顺时偶极之间的作用力,,因此任何分子之间都存在色散力.
2-7考察HCl,HBr,HI的色散力,取向力,诱导力以及它们构成的范德华力的顺序,并做出解释.
答:取向力HCl>HBr>HI,因为HCl,HBr,HI偶极矩依次减小;
诱导力HCl>HBr>HI,因为偶极矩越大,诱导力越大.
色散力HCl<HBr<HI,因为分子的极化率越大,变形性越大,色散力越大.
第四章 配位化合物
4-1给出下列配合物的名称和中心原子的氧化态:[Co(NH3)6]Cl3,K2[Co(NCS)4],H2[PtCl6],[CrCl(NH3)5]Cl2,K2[Zn(OH)4],[PtCl2(NH3)2],并用化学式单独表示其中的络离子.
答: 分子式 命名 中心原子 氧化态
[Co(NH3)6]Cl3 氯化六氨合钴(Ⅲ) Co +3
K2[Co(NCS)4] 四异硫氰根合钴(Ⅱ)酸钾 Co +2
H2[PtCl6] 六氯合铂(Ⅳ)酸 Pt +4
[CrCl(NH3)5]Cl2 氯化一氯五氨合铬(Ⅲ) Cr +3
K2[Zn(OH)4] 四羟合锌(Ⅱ)酸钾 Zn +2
[PtCl2(NH3)2] 二氯二氨合铂(Ⅱ) Pt +2
4-2写出下列配合物的化学式
⑴氯化二氯一水三氨合钴(Ⅲ) ⑵六氯合铂(Ⅳ)酸钾
⑶二氯四硫氰合铬酸铵 ⑷二(草酸根)二氨合钴(Ⅲ)酸钙
答:⑴[CoCl2(H2O) (NH3)3]Cl ⑵ K2[PtCl6]
⑶ (NH4)3[Cr(SCN)4Cl2] ⑷ Ca[Co(C2O4)2(NH3)2]2
4-3五种配合物的实验式相同——K2CoCl2I2(NH3)2,电导实验表明它们的等浓度水溶液里离
子数目跟等浓度的Na2SO4相同,写出它们的化学式,给出中心离子的氧化态.
答:配合物的化学式为K2[CoCl2I2(NH3)2],中心原子Co的氧化态为+2.
(注:五种物质指的是它的立体异构体,分别是三邻式,三反式,一反两顺式,其中一反两顺式有三种,而三邻式未区分对映异构体,见下图)
4-4实验证实,Fe (H2O)63+和Fe (CN)63-的磁矩差别很大,如何用价键理论解释
答:Fe (H2O)63+的中心原子Fe 3+用sp3d2杂化轨道成键,属于外轨高自旋配合物,有5个单电子;而Fe (CN)63-的中心原子Fe 3+用d2sp3杂化轨道成键,属于内轨低自旋配合物,有1个单电子,所以二者磁矩差别很大.
第五章 化学热力学基础
5-4测得2.96g氯化汞在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60kPa.求氯
化汞蒸气的摩尔质量和化学式.
解:理想气体状态方程:PV = NRT = RT
∴ Cl2的体积V:V == = 5.20L
5-5 20℃,97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L,求该气体的摩尔质量.
解: PV = nRT = RT
M = = = 52.86g·mol-1
5-6测得2.96g氯化汞在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60kPa.求氯
化汞蒸气的摩尔质量和化学式.
解: PV = nRT = RT
60kPa 1L = 8.314L·kPa·mol-1·K-1 680K
∴ 氯化汞蒸汽的摩尔质量为:M = 278.91g mol-1
其分子式为HgCl2
5-7 在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.597g L-1,求硫蒸气的摩尔质量和化学式.
解: PV = nRT = RT
硫蒸气的摩尔质量: M = =
=
= 65.2g·mol-1
硫蒸气的分子式为:S2
5-8解:在25℃时将相同压力的5.0L氮气和15L氧气压缩到一个10.0L的真空容器中,测得混合气体的总压为150 kPa,⑴求两种气体的初始压力;⑵求混合气体中氮和氧的分压;⑶将温度上升到210℃,容器的总压.
(1)等温条件下:P1V1 = P2V2
气体的初始压力P1为:P1 = = = 75kPa
(2)根据分压定律:PB = BP
混合气体中氮和氧的分压分别为:
PN2 = 150Pa =37.5kPa
PO2 = 150Pa =112.5kPa
(3) 当容器温度上升到 483K 时,容器的压力P为:
P= T = 483k = 243kPa
5-11以下哪些关系式是正确的 说明理由.(p,V,n无下标时表示混合气体的总压,总体积和总物质的量)
正确的关系式为:PVB = nBRT PBV = nBRT
PV = nRT
5-12以下系统内各有几个相
⑴水溶性蛋白质的水溶液;⑵氢氧混合气体;⑶盐酸与铁块发生反应的系统;⑷超临界状态的水.
解:(1) 1相 (2) 1相 (3) 3相 (4) 1相
5-13 10g水在373K和100Pa下气化,所做的功多大 (设水蒸气为理想气体)
解: W = – PΔV = –P(V2-V1)= –PV2 = –nRT
=–10g/18g·mol-18.314L·kPa·mol-1·K-1373K
= – 1722.8kJ
5-21诺贝尔发明的炸药爆炸可使产生的气体因热膨胀体积增大1200倍,其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应:
4C3H5(NO3)3(l)=6 N2(g)+10H2O(g)+12 CO2(g)+O2(g)
己知C3H5(NO3)3(l)的标准摩尔生成焓为-355kJ/mol,计算爆炸反应的标准摩尔反应焓.
解: 4C3H5(NO3)3(l) = 6N2(g) + 10H2O(g) + 12CO2(g) + O2(g)
ΔfH m/ kJ·mol -1 -355 0 -241.818 -393.509 0
ΔrH m = (-241.818) 10 + (- 393.509) 12 – (-355) 4
= -5720.288kJ·mol -1
5-23生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖燃烧释放的热量,己知葡萄糖[C6H12O6(s)]的标准摩尔生成焓为-2840 kJ/mol,利用本书附表数据计算它的燃烧热.
解: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
ΔfH m/ kJ·mol -1 -1273 0 -393.5 -285.8
ΔrH m = (-285.8) 6 + (- 393.509) 6 – (-1273)
= -2802.8 kJ·mol -1
C6H12O6的摩尔质量为180g·mol -1
∴ C6H12O6 的燃烧值为:2802.8÷180 = 15.57 kJ·g-1
5-26 熵增加的反应为:(1) (3) (5) (6)
熵减少的反应为:(2) (4)
5-31石灰窑的碳酸钙需加热到多少度才能分解(这时,二氧化碳的分压达到标准压力)
若在一个用真空泵不断抽真空的系统内,系统内的气体压力保持10Pa,加热到多少度,碳酸钙就能分解
解:CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
ΔrH m(298K) = (-653.09) + (-393.509)-(-1206.92)
= 178.32 kJ·mol -1 0 是吸热反应.
ΔrS m(298K) = 39.75 + 213.74 – 92.9 = 160.59J·mol-1·K 熵增大反应
该分解反应属于吸热熵增加型反应,在温度达到某临界点之前,ΔrG m 0,反应不自发.高于该临界点时ΔrG m 0,反应自发,正处于临界点温度时,ΔrG m = 0,因此有:
0 =ΔrG m (T) ΔrH m(298K) - TΔrS m(298K)
分解时的温度为:
T ΔrH m(298K)/ΔrS m(298K) = 178.32 1000/160.59 = 1110K
当系统内的气体压力为10Pa时,
0 = ΔrGm (T) =ΔrG m (T) + RTlnJ =ΔrG m (T) + RTln[PCO2/P ]
= ΔrG m (T) + RTln[10-4 P /P ]
= ΔrH m(T) - TΔrS m(T) + RTln[10-4]
ΔrH m(298K) - TΔrS m(298K) + RTln10-4
=ΔrH m(298K) – T[ΔrS m(298K) - Rln10-4]
∴ CaCO3的分解温度为;
T ΔrH m(298K)/[ΔrS m(298K) - Rln10-4]
= 178.32 1000/[160.59-8.314ln10-4]
= 752 K
化学平衡常数
6-1写出下列各反应的标准平衡常数表达式和实验平衡常数表达式:
⑴ 2SO2(g) + O2 (g) = 2SO3(g)
⑵ NH4HCO3(s) = NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)
⑶ CaCO3 (s) = CO2(g) + CaO(s)
⑷ Ag2O(s) = 2Ag(s) + O2(g)
⑸ CO2(g) = CO2(aq)
⑹ Cl2(g) + H2O(l) = H+ (aq) + Cl-(aq) +HClO(aq)
⑺ HCN(aq) = H+(aq) + CN-(aq)
⑻ Ag2CrO4(s) = 2Ag+(aq) + CrO42-(aq)
⑼ BaSO4(s) + CO32- (aq) = BaCO3(s) + SO42-(aq)
⑽ Fe2+(aq) + 1/4O2(g) + 2H+(aq) = Fe3+ (aq) + H2O(l)
6-2 实验测得合成氨反应在500℃的平衡浓度分别为:[H2]=1.15mol/L,[N2]=0.75 mol/L,[NH3]=0.261 mol/L,求标准平衡常数,浓度平衡常数以及分别用Pa为气体的压力
单位和用bar为气体的压力单位的平衡常数.
6-3 反应 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) 在749K时的平衡常数=2.6.设⑴反应起始时CO和H2O的浓度都为1 mol/L(没有生成物,下同);⑵起始时CO和H2O的摩尔比为1∶3,求CO的平衡转化率.用计算结果来说明勒沙特列原理.
6-4 将SO3固体置于一反应器内,加热使SO3气化并令其分解,测得温度为900K,总压为
时,气体混合物的密度为ρ=0.925g/dm3,求SO3的(平衡)解离度α.
6-5为使Ag2O在常温下分解,真空泵需将氧的分压降至多大
6-6 下面各种改变将对反应2SO2(g) + O2 (g) = 2SO3(g) (=198KJ/mol)中的SO3的平衡分压有何影响
A.将反应容器的体积加倍.
B.保持体积而增加反应的温度.
C.加多氧量.
D.保持反应容器的体积而加入氩气.
答:A.减少;B.增大;C.增大;D不变.
6-7下面的反应在一个1升的容器里,在298K下达成平衡:
C(石墨)+O2(g) = CO2(g) = -393KJ/mol
以下各种措施对氧气的平衡分压有何影响
A.增加石墨的抗.
B.增加CO2气体的量.
C.增加氧气的量.
D.降低反应的温度.
E.加入催化剂.
解:A.不变;B.增大;C.增大:D.减少;E.不变.
化学动力学基础
7-1二甲醚(CH3)2分解为甲烷,氢和一氧化碳的反应的动力学实验数据如下:
⑴600s和800s间的平均速率.
⑵用浓度对时间作图(动力学曲线),求800s的瞬时速率.
7-2在970K下,反应2N2O(g) = 2N2(g) + O2(g).起始时N2O的压力为2.93×104Pa,并测得
反应过程中系统的总压变化如下表所示:
求最初300s与最后2000s的时间间隔内的平均速率.
答:最初300s内的平均速率是13.33 Pa·s-1,最后2000s的时间间隔内的平均速率是1.05 Pa·s-1.
7-3在600K下反应2NO + O2= 2N2O的初始浓度与初速率如下;
⑴求该反应的表观速率方程.
⑵计算速率常数.
⑶预计c0(NO)=0.015mol·L-1,c0(O2)=0.025mol·L-1的初速率.
7-4在300K下,氯乙烷分解反应的速率常数为2.50×10-3min-1.
⑴该反应是几级反应 说明理由.
⑵氯乙烷分解一半,需多少时间
⑶氯乙烷浓度由0.40 mol·L-1降为0.010 mol·L-1,需要多长时间
若初始浓度为0.40 mol·L-1,反应进行8小时后,氯乙烷浓度还剩余多少
7-5放射性(半衰期t1/2=5026a)发射的强γ-辐射广泛用于治疗癌症(放射疗法).放射性物质的辐射强度以"居里"为单位表示.某医院购买了一个含20居里的钴源,在10年后,辐射强度还剩余多少
7-6 某一级反应,在300K时反应完成50%需时20分钟,在350K时反应完成50%需时5.0分钟,计算该反应的活化能.
解:一级反应,t1/2=,可看出t1/2与k成反比,
答:该反应的活化能为24.2KJ·mol-1.
7-7温度相同时,三个基元反应的正逆反应的活化能如下,
基元反应 Ea/ KJ·mol-1 Ea′/ KJ·mol-1
1 30 55
2 70 20
3 16 35
⑴哪个反应的正反应速率最大
⑵反应1的反应焓多大
⑶哪个反应的正反应是吸热反应
水溶液 略
第9章 酸 碱 平 衡
9-8 250C标准压力下的CO2气体在水中的溶解度为0.034mo1/L,求溶液的pH t [C3O2-]..
9-10 某弱酸HA,0.015 mo1/L 时电离度为0.80%,浓度为0.10mo1/L 时电离度多大
9-13 缓冲溶液HAc-Ac-的总浓度为1.0 mo1/L当溶液pH为(1)4.0;(2)5.0时,HAc和Ac-的浓
度分别多大
9-19 计算10 mL浓度为0.30 mo1/L 的Hac和20 ml浓度为0.15 mo1/L HCN混合得到的溶液中的[H+],[Ac],[CN].
9-23 在烧杯中盛有0.2 mo1/L 20mL乳酸(分子式HC3H5O3,常用符号HLac表示,酸常数为K=1.4×10-4),向该烧杯逐步加入0.20 moL/L NaOH溶液,试计算:
未加入NaOH溶液前溶液的pH.
加入10.0 mL NaOH后溶液的pH.
加入20.0 mL NaOH后溶液的pH.
加入30.0 mL NaOH后溶液的pH.
第10章 沉淀平衡
(1) 用Na2SO4作沉淀剂能否将Ca2+和Ba2+离子分离
加入多少克Na2SO4才能达到BaSO4完全沉淀的要求(忽略加入Na2SO4引起的体积变化)
第11章 电化学基础
第12章 配位平衡
第十三章 氢和稀有气体
第十四章 卤素
14-1 电解制氟时,为何不用KF的水溶液 液态氟化氢为什么不导电,而氟化钾的无水氟化氢溶液却能导电
工业上通过电解碘酸也可获得高碘酸.
第十五章 氧族元素
大气层中臭氧是怎样形成的 哪些污染物引起臭氧的破坏 如何鉴别O3,它有什么特征反应
解: Eθ
15-11 完成下列反应方程式并解释在反应(1)过程中,为什么出现由白到黑的颜色变化
15-12 硫化硫酸钠在药剂中常用作解毒剂,可解卤素卤单质,重金属离子及氰化物中毒.请说明能解毒的原因,写出有关的反应方程式.
解:硫化硫酸钠在药剂中作卤素单质及氰化物中毒的解毒剂,主要是由于它的氧化还原性所致:
第十六章 氮 磷 砷
第十七章 碳 硅 硼
解:(1)C,O均为第二周期元素,形成键的倾向强,CO分子中除有键外,还
第20 章 s区金属(碱金属与碱土金属)
写出下列反应的方程式:
第21 章 p区金属
第二十二章 ds区金属
有一份硝酸铜和硝酸银的混合物,试设计一个分离它们的方案.
第 23 章 d区金属(一)
第二十四章 d区金属(二)第五,第六周期D区金属
24-5试以钼或钨为例说明什么叫同多酸 何谓杂多酸 举例说明
解:两个或两个以上相同的酸酐和若干水分子组成的酸称为同多酸.它们的盐称为同多酸盐.
如:7MoO42-+8H+=Mo7O246-+4H2O
若有不同的酸酐和若干水分子组成的酸称为杂多酸,其盐称为杂多酸盐.
如:将钼酸铵和磷酸盐的溶液进行酸化时,可得到一种黄色沉淀就是12-磷钼酸铵,该盐就是杂多酸盐.
3NH4++12Mo42-+PO43-+24H+=(NH4)3[PMo12O40]·6H2O+6H2O
24-12 Tc2O7与Re2O7的结构有何不同
解:Tc2O7与Re2O7都是易挥发的黄色固体.Tc2O7是由2个TcO4共用一个氧原子,而Re2O7是由ReO4四面体和Tc2O7与ReO6八面体共角交替无限地排列.
24-14 指出下列化合物的结构:
(1)[Nb6O19]8- (2)ZrO2 (3)[Mo7O24]6-
解:(1)[Nb6O19]8-是由6个NbO6八面体聚集起来的八面体结构,中心的氧原子为全体6个八面体公用,在每个NbO6八面体中的6个氧原子中,有4个氧原子分别与4个NbO6共顶点,第5个氧原子与5个NbO6共用一个顶点,第6个氧原子本身属于这个NbO6八面体,所以[Nb6O19]8-中Nb与O的组成为6比9.
(2)ZrO2 是高质量的耐火材料,优良的高温陶瓷.ZrO2也称斜锆石,金属原子的配位数是7.
(3)[Mo7O24]6是由7个MoO6八面体通过共用棱边构成的结构.
第二十五章 f区金属镧系与锕系金属
25-1解释下列名词概念
(1)什么叫镧系元素 锕系元素 内过渡元素
(2)什么叫镧系收缩 收缩锕系
解: 1 (1) 镧系元素:周期表中第57号元素镧(La)到71号元镥(Lu)共15种元素统称为镧系元素(用Ln表示).
锕系元素:周期表中第89号元素锕(Ac)到103号元铹(Lr)共15种元素统称为锕系元素(用An表示).
内过度元素:稀土元素和锕系元素新增加的电子都填入外数第三电子层的f轨道.为区别于d区过度元素,故又将这些元素成为内过渡元素.
(2)镧系收缩:镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩.
锕系收缩:锕系元素的原子半径和离子半径随有效核电荷逐渐增加减小的现象称为锕系收缩.
25-2镧系元素和锕系元素在价电子层结构上有什么相似之处 在氧化态上有何差异 原因何在
解: 锕系元素的价电子构型与镧系元素相似.由于锕系元素的电子填充在5f电子层上,具有5f0~146d0~27s2的构型特征.它们的主要区别是5f轨道的能量以及在空间的伸展范围都比4f轨道大,因而使得5f与6d的能量更接近,但4f与5d轨道能量相差较大.造成了有利于f电子从5f向6d轨道的跃迁,有利于f电子参与成键.从而使得锕系元素中,从Th到Np具有强烈保持d电子的倾向,而Np以后的元素的价电子层结构与镧系元素十分相似.
镧系元素的特征氧化态是+III价,而锕系元素中Th~Bk存在多种氧化态;在Bk之后的元素,其稳定氧化态是+III.原因是5f电子容易参加成键,以至可以给出7s,6d和5f电子,从而呈现高氧化态.在Bk之后出现低氧化态,说明它们使用5f电子成键愈来愈困难.
25-3解释下列问题:
(1)为什么镧系元素的特征氧化态是+III
(2)钍,镤,铀为什么出现多种氧化态
(3)钍,镤,铀的主要氧化态为+IV,+V,+VI,为什么不把它们归入第四,五,六副族中
(1)由于镧系金属在气态时,失去2个S电子和1个d电子或2个s电子和1个f电子所需的电离能比较低,所以一般能形成稳定的+III氧化态.
(2)它们的5f电子容易参加成键,以至可以给出7s,6d和5f电子,从而呈现多种氧化态.
(3)由于它们的性质更接近第三副族,原因是它们有共同的价层电子构型,所以把它们列入第三副族.
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1-1根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态:
(a)K (b)Al (c)Cl (d)Ti(Z=22) (e)Zn(Z=30) (f)As(Z=33)
答:(a)[Ar]4s1(b)[Ne]3s23p1(c)[Ne]3s23p5(d)[Ar]3d54s2(e)[Ar] 3d104s1(f)[Ar]4s24p3
1-2给出下列原子或离子的价电子层电子组态,并用方框图表示轨道,填入轨道的电子用箭头表示.
(a)Be (b)N (c)F (d)Cl- (e)Ne+ (f)Fe3+ (g)As3+
1-3 Li+,Na+,K+,Rb+,Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何
1-4以下+3价离子那些具有8电子外壳 Al3+,Ga3+,Bi3+,Mn3+,Sc3+
答:Al3+和Sc3+具有8电子外壳.
1-5已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为:
(a)3s23p5(b)3d64s2(c)5s2(d)4f96s2(e)5d106s1
试根据这个信息确定它们在周期表中属于那个区,哪个族,哪个周期.
答:(a)p区,ⅦA族,第三周期 (b)d区,Ⅷ族,第四周期 (c)s区,ⅡA族,第五周期 (d)f区,ⅢB族,第六周期 (e)ds区,ⅠB族,第六周期
1-6根据Ti,Ge,Ag,Rb,Ne在周期表中的位置,推出它们的基态原子的电子组态.
答:Ti位于第四周期ⅣB族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2;
Ge位于第四周期ⅣA族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2;
Ag位于第五周期ⅠB族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 4d105s1;
Rb位于第五周期ⅠA族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 5s1;
Ne位于第二周期0族,它的基态原子的电子组态为[He] 2s22p6.
1-7某元素的基态价层电子构型为5d36s2,给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态.
答:该元素的基态原子电子组态为[Xe] 4f126s2.
1-8某元素基态原子最外层为5s2,最高氧化态为+4,它位于周期表哪个去 是第几周期第几族元素 写出它的+4氧化态离子的电子构型.若用A代表它的元素符号,写出相应氧化物的化学式.
答:该元素的基态原子电子组态为[Kr] 4d25s2,即第40号元素锆(Zr).它位于d区,第五周期ⅣB族,+4氧化态离子的电子构型为[Kr],即1s22s22p63s23p63d104s24p6, 相应氧化物为AO2.
第二章 分子结构
2-1用VSEPR模型讨论CO2,H2O,NH3,CO32-,PO33-,PO3-,PO43-的分子模型,画出他们的立体结构,用短横代表σ键骨架,标明分子构型的几何图形的名称.
2-2讨论上题列举的分子(或离子)的中心原子的杂化类型.
答:见上表.
2-3第二周期同核双原子分子中哪些不能稳定存在 哪些有顺磁性 用分子轨道模型解释.
答:Be2不能稳定存在,分子轨道组态为[He2]σ2s2σ*2s2.键级为0.
B2 ,O2有顺磁性.分子轨道组态分别为:B2 :[He2]σ2s2σ*2s2π2px1π2py 1;O2 :[He2]σ2s2σ*2s2σ2p2π2px2π2py 2π*2px1π*2py 1;因为存在孤对电子,所以有顺磁性.
2-4试用分子轨道模型做出预言,O2 +的键长与O2的键长哪个较短,N2 +的键长与N2的键长哪个较短 为什么
2-5计算表明CO,NO分子轨道能级图中的σ2p轨道和π2p轨道的顺序跟N2分子轨道里的顺序相同,它们有没有顺磁性 计算它们的键级,并
推测它们的键长顺序.
答:CO与N2等电子(10e),无未成对电子,无顺磁性.NO是11e分子,π2p*有1e,有顺磁性.CO的键级是3,NO的键级是2.5,键级降低,键长增大,因而CO的键长比NO短.
2-6极性分子—极性分子,极性分子—非极性分子,非极性分子—非极性分子,其分子间的范德华力各如何构成 为什么
分子类型
取向力
诱导力
色散力
极性分子—极性分子
有
有
有
极性分子—非极性分子
无
有
有
非极性分子—非极性分子
无
无
有
答:
取向力是固有偶极之间的作用力,非极性分子没有固有偶极,只有极性分子之间的范德华力有取向力的成分;诱导力是固有偶极诱导产生的偶极,因此非极性分子之间没有诱导力的成分,而色散力是顺时偶极之间的作用力,,因此任何分子之间都存在色散力.
2-7考察HCl,HBr,HI的色散力,取向力,诱导力以及它们构成的范德华力的顺序,并做出解释.
答:取向力HCl>HBr>HI,因为HCl,HBr,HI偶极矩依次减小;
诱导力HCl>HBr>HI,因为偶极矩越大,诱导力越大.
色散力HCl<HBr<HI,因为分子的极化率越大,变形性越大,色散力越大.
第四章 配位化合物
4-1给出下列配合物的名称和中心原子的氧化态:[Co(NH3)6]Cl3,K2[Co(NCS)4],H2[PtCl6],[CrCl(NH3)5]Cl2,K2[Zn(OH)4],[PtCl2(NH3)2],并用化学式单独表示其中的络离子.
答: 分子式 命名 中心原子 氧化态
[Co(NH3)6]Cl3 氯化六氨合钴(Ⅲ) Co +3
K2[Co(NCS)4] 四异硫氰根合钴(Ⅱ)酸钾 Co +2
H2[PtCl6] 六氯合铂(Ⅳ)酸 Pt +4
[CrCl(NH3)5]Cl2 氯化一氯五氨合铬(Ⅲ) Cr +3
K2[Zn(OH)4] 四羟合锌(Ⅱ)酸钾 Zn +2
[PtCl2(NH3)2] 二氯二氨合铂(Ⅱ) Pt +2
4-2写出下列配合物的化学式
⑴氯化二氯一水三氨合钴(Ⅲ) ⑵六氯合铂(Ⅳ)酸钾
⑶二氯四硫氰合铬酸铵 ⑷二(草酸根)二氨合钴(Ⅲ)酸钙
答:⑴[CoCl2(H2O) (NH3)3]Cl ⑵ K2[PtCl6]
⑶ (NH4)3[Cr(SCN)4Cl2] ⑷ Ca[Co(C2O4)2(NH3)2]2
4-3五种配合物的实验式相同——K2CoCl2I2(NH3)2,电导实验表明它们的等浓度水溶液里离
子数目跟等浓度的Na2SO4相同,写出它们的化学式,给出中心离子的氧化态.
答:配合物的化学式为K2[CoCl2I2(NH3)2],中心原子Co的氧化态为+2.
(注:五种物质指的是它的立体异构体,分别是三邻式,三反式,一反两顺式,其中一反两顺式有三种,而三邻式未区分对映异构体,见下图)
4-4实验证实,Fe (H2O)63+和Fe (CN)63-的磁矩差别很大,如何用价键理论解释
答:Fe (H2O)63+的中心原子Fe 3+用sp3d2杂化轨道成键,属于外轨高自旋配合物,有5个单电子;而Fe (CN)63-的中心原子Fe 3+用d2sp3杂化轨道成键,属于内轨低自旋配合物,有1个单电子,所以二者磁矩差别很大.
第五章 化学热力学基础
5-4测得2.96g氯化汞在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60kPa.求氯
化汞蒸气的摩尔质量和化学式.
解:理想气体状态方程:PV = NRT = RT
∴ Cl2的体积V:V == = 5.20L
5-5 20℃,97kPa下0.842g某气体的体积为0.400L,求该气体的摩尔质量.
解: PV = nRT = RT
M = = = 52.86g·mol-1
5-6测得2.96g氯化汞在407℃的1L容积的真空系统里完全蒸发达到的压力为60kPa.求氯
化汞蒸气的摩尔质量和化学式.
解: PV = nRT = RT
60kPa 1L = 8.314L·kPa·mol-1·K-1 680K
∴ 氯化汞蒸汽的摩尔质量为:M = 278.91g mol-1
其分子式为HgCl2
5-7 在1000℃和97kPa下测得硫蒸气的密度为0.597g L-1,求硫蒸气的摩尔质量和化学式.
解: PV = nRT = RT
硫蒸气的摩尔质量: M = =
=
= 65.2g·mol-1
硫蒸气的分子式为:S2
5-8解:在25℃时将相同压力的5.0L氮气和15L氧气压缩到一个10.0L的真空容器中,测得混合气体的总压为150 kPa,⑴求两种气体的初始压力;⑵求混合气体中氮和氧的分压;⑶将温度上升到210℃,容器的总压.
(1)等温条件下:P1V1 = P2V2
气体的初始压力P1为:P1 = = = 75kPa
(2)根据分压定律:PB = BP
混合气体中氮和氧的分压分别为:
PN2 = 150Pa =37.5kPa
PO2 = 150Pa =112.5kPa
(3) 当容器温度上升到 483K 时,容器的压力P为:
P= T = 483k = 243kPa
5-11以下哪些关系式是正确的 说明理由.(p,V,n无下标时表示混合气体的总压,总体积和总物质的量)
正确的关系式为:PVB = nBRT PBV = nBRT
PV = nRT
5-12以下系统内各有几个相
⑴水溶性蛋白质的水溶液;⑵氢氧混合气体;⑶盐酸与铁块发生反应的系统;⑷超临界状态的水.
解:(1) 1相 (2) 1相 (3) 3相 (4) 1相
5-13 10g水在373K和100Pa下气化,所做的功多大 (设水蒸气为理想气体)
解: W = – PΔV = –P(V2-V1)= –PV2 = –nRT
=–10g/18g·mol-18.314L·kPa·mol-1·K-1373K
= – 1722.8kJ
5-21诺贝尔发明的炸药爆炸可使产生的气体因热膨胀体积增大1200倍,其化学原理是硝酸甘油发生如下分解反应:
4C3H5(NO3)3(l)=6 N2(g)+10H2O(g)+12 CO2(g)+O2(g)
己知C3H5(NO3)3(l)的标准摩尔生成焓为-355kJ/mol,计算爆炸反应的标准摩尔反应焓.
解: 4C3H5(NO3)3(l) = 6N2(g) + 10H2O(g) + 12CO2(g) + O2(g)
ΔfH m/ kJ·mol -1 -355 0 -241.818 -393.509 0
ΔrH m = (-241.818) 10 + (- 393.509) 12 – (-355) 4
= -5720.288kJ·mol -1
5-23生命体的热源通常以摄入的供热物质折合成葡萄糖燃烧释放的热量,己知葡萄糖[C6H12O6(s)]的标准摩尔生成焓为-2840 kJ/mol,利用本书附表数据计算它的燃烧热.
解: C6H12O6 + 6O2 = 6CO2 + 6H2O
ΔfH m/ kJ·mol -1 -1273 0 -393.5 -285.8
ΔrH m = (-285.8) 6 + (- 393.509) 6 – (-1273)
= -2802.8 kJ·mol -1
C6H12O6的摩尔质量为180g·mol -1
∴ C6H12O6 的燃烧值为:2802.8÷180 = 15.57 kJ·g-1
5-26 熵增加的反应为:(1) (3) (5) (6)
熵减少的反应为:(2) (4)
5-31石灰窑的碳酸钙需加热到多少度才能分解(这时,二氧化碳的分压达到标准压力)
若在一个用真空泵不断抽真空的系统内,系统内的气体压力保持10Pa,加热到多少度,碳酸钙就能分解
解:CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
ΔrH m(298K) = (-653.09) + (-393.509)-(-1206.92)
= 178.32 kJ·mol -1 0 是吸热反应.
ΔrS m(298K) = 39.75 + 213.74 – 92.9 = 160.59J·mol-1·K 熵增大反应
该分解反应属于吸热熵增加型反应,在温度达到某临界点之前,ΔrG m 0,反应不自发.高于该临界点时ΔrG m 0,反应自发,正处于临界点温度时,ΔrG m = 0,因此有:
0 =ΔrG m (T) ΔrH m(298K) - TΔrS m(298K)
分解时的温度为:
T ΔrH m(298K)/ΔrS m(298K) = 178.32 1000/160.59 = 1110K
当系统内的气体压力为10Pa时,
0 = ΔrGm (T) =ΔrG m (T) + RTlnJ =ΔrG m (T) + RTln[PCO2/P ]
= ΔrG m (T) + RTln[10-4 P /P ]
= ΔrH m(T) - TΔrS m(T) + RTln[10-4]
ΔrH m(298K) - TΔrS m(298K) + RTln10-4
=ΔrH m(298K) – T[ΔrS m(298K) - Rln10-4]
∴ CaCO3的分解温度为;
T ΔrH m(298K)/[ΔrS m(298K) - Rln10-4]
= 178.32 1000/[160.59-8.314ln10-4]
= 752 K
化学平衡常数
6-1写出下列各反应的标准平衡常数表达式和实验平衡常数表达式:
⑴ 2SO2(g) + O2 (g) = 2SO3(g)
⑵ NH4HCO3(s) = NH3(g) + CO2(g) + H2O(g)
⑶ CaCO3 (s) = CO2(g) + CaO(s)
⑷ Ag2O(s) = 2Ag(s) + O2(g)
⑸ CO2(g) = CO2(aq)
⑹ Cl2(g) + H2O(l) = H+ (aq) + Cl-(aq) +HClO(aq)
⑺ HCN(aq) = H+(aq) + CN-(aq)
⑻ Ag2CrO4(s) = 2Ag+(aq) + CrO42-(aq)
⑼ BaSO4(s) + CO32- (aq) = BaCO3(s) + SO42-(aq)
⑽ Fe2+(aq) + 1/4O2(g) + 2H+(aq) = Fe3+ (aq) + H2O(l)
6-2 实验测得合成氨反应在500℃的平衡浓度分别为:[H2]=1.15mol/L,[N2]=0.75 mol/L,[NH3]=0.261 mol/L,求标准平衡常数,浓度平衡常数以及分别用Pa为气体的压力
单位和用bar为气体的压力单位的平衡常数.
6-3 反应 CO(g) + H2O(g) = CO2(g) + H2(g) 在749K时的平衡常数=2.6.设⑴反应起始时CO和H2O的浓度都为1 mol/L(没有生成物,下同);⑵起始时CO和H2O的摩尔比为1∶3,求CO的平衡转化率.用计算结果来说明勒沙特列原理.
6-4 将SO3固体置于一反应器内,加热使SO3气化并令其分解,测得温度为900K,总压为
时,气体混合物的密度为ρ=0.925g/dm3,求SO3的(平衡)解离度α.
6-5为使Ag2O在常温下分解,真空泵需将氧的分压降至多大
6-6 下面各种改变将对反应2SO2(g) + O2 (g) = 2SO3(g) (=198KJ/mol)中的SO3的平衡分压有何影响
A.将反应容器的体积加倍.
B.保持体积而增加反应的温度.
C.加多氧量.
D.保持反应容器的体积而加入氩气.
答:A.减少;B.增大;C.增大;D不变.
6-7下面的反应在一个1升的容器里,在298K下达成平衡:
C(石墨)+O2(g) = CO2(g) = -393KJ/mol
以下各种措施对氧气的平衡分压有何影响
A.增加石墨的抗.
B.增加CO2气体的量.
C.增加氧气的量.
D.降低反应的温度.
E.加入催化剂.
解:A.不变;B.增大;C.增大:D.减少;E.不变.
化学动力学基础
7-1二甲醚(CH3)2分解为甲烷,氢和一氧化碳的反应的动力学实验数据如下:
⑴600s和800s间的平均速率.
⑵用浓度对时间作图(动力学曲线),求800s的瞬时速率.
7-2在970K下,反应2N2O(g) = 2N2(g) + O2(g).起始时N2O的压力为2.93×104Pa,并测得
反应过程中系统的总压变化如下表所示:
求最初300s与最后2000s的时间间隔内的平均速率.
答:最初300s内的平均速率是13.33 Pa·s-1,最后2000s的时间间隔内的平均速率是1.05 Pa·s-1.
7-3在600K下反应2NO + O2= 2N2O的初始浓度与初速率如下;
⑴求该反应的表观速率方程.
⑵计算速率常数.
⑶预计c0(NO)=0.015mol·L-1,c0(O2)=0.025mol·L-1的初速率.
7-4在300K下,氯乙烷分解反应的速率常数为2.50×10-3min-1.
⑴该反应是几级反应 说明理由.
⑵氯乙烷分解一半,需多少时间
⑶氯乙烷浓度由0.40 mol·L-1降为0.010 mol·L-1,需要多长时间
若初始浓度为0.40 mol·L-1,反应进行8小时后,氯乙烷浓度还剩余多少
7-5放射性(半衰期t1/2=5026a)发射的强γ-辐射广泛用于治疗癌症(放射疗法).放射性物质的辐射强度以"居里"为单位表示.某医院购买了一个含20居里的钴源,在10年后,辐射强度还剩余多少
7-6 某一级反应,在300K时反应完成50%需时20分钟,在350K时反应完成50%需时5.0分钟,计算该反应的活化能.
解:一级反应,t1/2=,可看出t1/2与k成反比,
答:该反应的活化能为24.2KJ·mol-1.
7-7温度相同时,三个基元反应的正逆反应的活化能如下,
基元反应 Ea/ KJ·mol-1 Ea′/ KJ·mol-1
1 30 55
2 70 20
3 16 35
⑴哪个反应的正反应速率最大
⑵反应1的反应焓多大
⑶哪个反应的正反应是吸热反应
水溶液 略
第9章 酸 碱 平 衡
9-8 250C标准压力下的CO2气体在水中的溶解度为0.034mo1/L,求溶液的pH t [C3O2-]..
9-10 某弱酸HA,0.015 mo1/L 时电离度为0.80%,浓度为0.10mo1/L 时电离度多大
9-13 缓冲溶液HAc-Ac-的总浓度为1.0 mo1/L当溶液pH为(1)4.0;(2)5.0时,HAc和Ac-的浓
度分别多大
9-19 计算10 mL浓度为0.30 mo1/L 的Hac和20 ml浓度为0.15 mo1/L HCN混合得到的溶液中的[H+],[Ac],[CN].
9-23 在烧杯中盛有0.2 mo1/L 20mL乳酸(分子式HC3H5O3,常用符号HLac表示,酸常数为K=1.4×10-4),向该烧杯逐步加入0.20 moL/L NaOH溶液,试计算:
未加入NaOH溶液前溶液的pH.
加入10.0 mL NaOH后溶液的pH.
加入20.0 mL NaOH后溶液的pH.
加入30.0 mL NaOH后溶液的pH.
第10章 沉淀平衡
(1) 用Na2SO4作沉淀剂能否将Ca2+和Ba2+离子分离
加入多少克Na2SO4才能达到BaSO4完全沉淀的要求(忽略加入Na2SO4引起的体积变化)
第11章 电化学基础
第12章 配位平衡
第十三章 氢和稀有气体
第十四章 卤素
14-1 电解制氟时,为何不用KF的水溶液 液态氟化氢为什么不导电,而氟化钾的无水氟化氢溶液却能导电
工业上通过电解碘酸也可获得高碘酸.
第十五章 氧族元素
大气层中臭氧是怎样形成的 哪些污染物引起臭氧的破坏 如何鉴别O3,它有什么特征反应
解: Eθ
15-11 完成下列反应方程式并解释在反应(1)过程中,为什么出现由白到黑的颜色变化
15-12 硫化硫酸钠在药剂中常用作解毒剂,可解卤素卤单质,重金属离子及氰化物中毒.请说明能解毒的原因,写出有关的反应方程式.
解:硫化硫酸钠在药剂中作卤素单质及氰化物中毒的解毒剂,主要是由于它的氧化还原性所致:
第十六章 氮 磷 砷
第十七章 碳 硅 硼
解:(1)C,O均为第二周期元素,形成键的倾向强,CO分子中除有键外,还
第20 章 s区金属(碱金属与碱土金属)
写出下列反应的方程式:
第21 章 p区金属
第二十二章 ds区金属
有一份硝酸铜和硝酸银的混合物,试设计一个分离它们的方案.
第 23 章 d区金属(一)
第二十四章 d区金属(二)第五,第六周期D区金属
24-5试以钼或钨为例说明什么叫同多酸 何谓杂多酸 举例说明
解:两个或两个以上相同的酸酐和若干水分子组成的酸称为同多酸.它们的盐称为同多酸盐.
如:7MoO42-+8H+=Mo7O246-+4H2O
若有不同的酸酐和若干水分子组成的酸称为杂多酸,其盐称为杂多酸盐.
如:将钼酸铵和磷酸盐的溶液进行酸化时,可得到一种黄色沉淀就是12-磷钼酸铵,该盐就是杂多酸盐.
3NH4++12Mo42-+PO43-+24H+=(NH4)3[PMo12O40]·6H2O+6H2O
24-12 Tc2O7与Re2O7的结构有何不同
解:Tc2O7与Re2O7都是易挥发的黄色固体.Tc2O7是由2个TcO4共用一个氧原子,而Re2O7是由ReO4四面体和Tc2O7与ReO6八面体共角交替无限地排列.
24-14 指出下列化合物的结构:
(1)[Nb6O19]8- (2)ZrO2 (3)[Mo7O24]6-
解:(1)[Nb6O19]8-是由6个NbO6八面体聚集起来的八面体结构,中心的氧原子为全体6个八面体公用,在每个NbO6八面体中的6个氧原子中,有4个氧原子分别与4个NbO6共顶点,第5个氧原子与5个NbO6共用一个顶点,第6个氧原子本身属于这个NbO6八面体,所以[Nb6O19]8-中Nb与O的组成为6比9.
(2)ZrO2 是高质量的耐火材料,优良的高温陶瓷.ZrO2也称斜锆石,金属原子的配位数是7.
(3)[Mo7O24]6是由7个MoO6八面体通过共用棱边构成的结构.
第二十五章 f区金属镧系与锕系金属
25-1解释下列名词概念
(1)什么叫镧系元素 锕系元素 内过渡元素
(2)什么叫镧系收缩 收缩锕系
解: 1 (1) 镧系元素:周期表中第57号元素镧(La)到71号元镥(Lu)共15种元素统称为镧系元素(用Ln表示).
锕系元素:周期表中第89号元素锕(Ac)到103号元铹(Lr)共15种元素统称为锕系元素(用An表示).
内过度元素:稀土元素和锕系元素新增加的电子都填入外数第三电子层的f轨道.为区别于d区过度元素,故又将这些元素成为内过渡元素.
(2)镧系收缩:镧系元素的原子半径和离子半径随着原子序数的增加而逐渐减小的现象称为镧系收缩.
锕系收缩:锕系元素的原子半径和离子半径随有效核电荷逐渐增加减小的现象称为锕系收缩.
25-2镧系元素和锕系元素在价电子层结构上有什么相似之处 在氧化态上有何差异 原因何在
解: 锕系元素的价电子构型与镧系元素相似.由于锕系元素的电子填充在5f电子层上,具有5f0~146d0~27s2的构型特征.它们的主要区别是5f轨道的能量以及在空间的伸展范围都比4f轨道大,因而使得5f与6d的能量更接近,但4f与5d轨道能量相差较大.造成了有利于f电子从5f向6d轨道的跃迁,有利于f电子参与成键.从而使得锕系元素中,从Th到Np具有强烈保持d电子的倾向,而Np以后的元素的价电子层结构与镧系元素十分相似.
镧系元素的特征氧化态是+III价,而锕系元素中Th~Bk存在多种氧化态;在Bk之后的元素,其稳定氧化态是+III.原因是5f电子容易参加成键,以至可以给出7s,6d和5f电子,从而呈现高氧化态.在Bk之后出现低氧化态,说明它们使用5f电子成键愈来愈困难.
25-3解释下列问题:
(1)为什么镧系元素的特征氧化态是+III
(2)钍,镤,铀为什么出现多种氧化态
(3)钍,镤,铀的主要氧化态为+IV,+V,+VI,为什么不把它们归入第四,五,六副族中
(1)由于镧系金属在气态时,失去2个S电子和1个d电子或2个s电子和1个f电子所需的电离能比较低,所以一般能形成稳定的+III氧化态.
(2)它们的5f电子容易参加成键,以至可以给出7s,6d和5f电子,从而呈现多种氧化态.
(3)由于它们的性质更接近第三副族,原因是它们有共同的价层电子构型,所以把它们列入第三副族.
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