北師大無機(jī)化學(xué)四版習(xí)題答案14章碳硅硼(共9頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上第14章碳、硅、硼14.1. 對比等電子體CO與N2的分子結(jié)構(gòu)及主要物理、化學(xué)性質(zhì)。解：CO和N2是等電子體（14e），分子軌道能級圖相似，分子中都有三重鍵：NN、 ，鍵能相近。一般條件下，兩種物質(zhì)都是氣體，很少溶于水；熔、沸點，臨界壓力，臨界溫度等一些物理性質(zhì)也相似。但CO和N2分子中三重鍵特點并不完全相同，N2分子中負(fù)電荷分布是對稱的，而CO卻是不對稱的。C原子略帶負(fù)電荷，再加上C的電負(fù)性比N小，因此CO比N2較易給出電子對向過渡金屬原子（離子）配位，除形成配鍵外，還有反饋鍵形成，故生成的配合物較穩(wěn)定。而N2的配位能力遠(yuǎn)不如CO，分子氮配合物遠(yuǎn)不如羰基化合物穩(wěn)定。

2、所以CO的鍵能雖比N2略大，但化學(xué)性質(zhì)卻比N2要活潑，不象N2那樣“惰性”。14.2 概述CO的實驗室制法及收集方法，寫出CO與下列物質(zhì)起反應(yīng)的方程式并注明反應(yīng)的條件：（1）Ni ；（2）CuCl ；（3）NaOH ；（4）H2 ；（5）PdCl2解：CO的實驗室制法：用排水集氣法收集。（1）（2）（3）（4）（5）CO + PdCl2 + H2O = Pd + CO2 + 2HCl14.3. 某實驗室備有CCl4、干冰和泡沫滅火器（內(nèi)為Al2(SO4)3和NaHCO3），還有水源和砂。若有下列失火情況，各宜用哪種方法滅火并說明理由：（1）金屬鎂著火； （2）金屬鈉著火；（3）黃磷著火； （4

3、）油著火； （5）木器著火。解：CCl4干冰泡沫滅火器水砂 理由 （1）Mg×××Mg和CO2、酸、水反應(yīng)（2）Na×× Na和水、酸反應(yīng)（3）P4P4和上述物質(zhì)不起反應(yīng)（4）油×（5）木器14.4. 標(biāo)準(zhǔn)狀況時，CO2的溶解度為170 mL / 100g水：（1）計算在此條件下，溶液中H2CO3的實際濃度。（2）假定溶解的CO2全部轉(zhuǎn)變?yōu)镠2CO3，在此條件下，溶液的pH值是多少？解：（1）溶解在水中的CO2大部分以弱的水合分子存在，只有1% 4%的CO2與H2O反應(yīng)生成H2CO3，實驗測得：CO2/ H2CO3 600標(biāo)況下，CO

4、2的摩爾溶解度為：1.70L / 22.4 L·mol1 7.59 × 10 2 mol ·dm3 溶液中H2CO3的實際濃度： H2CO3 1/600 × CO2 7.59 × 10 2 / 600 1.27 × 10 4 mol ·dm3 （2）平衡濃度 7.59 × 10 2x x xH+ x (7.59 × 10 2 × 4.3 × 10 7 )1/2 1.81 × 10 4 mol ·dm3pH lgH+ lg1.81 × 104 3.7414.

5、5. 將含有Na2CO3和NaHCO3的固體混合物60.0g溶于少量水后稀釋到2.00L，測得該溶液的pH為10.6，試計算原來的混合物中含Na2CO3及NaHCO3各多少克？解 ：Na2CO3和NaHCO3水溶液為緩沖溶液pH 10.6 H+ 2.51 × 10 11 mol ·dm3 H+ K2 × (C NaHCO3 /C Na2CO3 )設(shè)固體混合物中Na2CO3的含量為x克，NaHCO3的含量為(60.0x)克 x 44.3克則NaHCO3的含量 60.0 44.3 15.7 克14.6. 試分別計算0.1 mol ·dm3 NH4HCO3和0

6、.1 mol ·dm3（NH4）2CO3溶液的pH。（提示：NH4HCO3 按弱酸弱堿鹽水解計算。）（已知：NH3·H2O Kb 1.77×10 5 ；H2CO3 K1 4.3×10 7 ，K2 5.61×10 11 ）（1）0.1mol ·dm3 NH4HCO3溶液pH值：平衡濃度（mol ·dm3） 0.1x 0.1x x xK h Kw / KNH3·H2O · K1H2CO3 1.0×10 14 / (1.77×10 5×4.3×10 7) 1.31

7、5;10 3x / (0.1x )2 1.31×10 3x / (0.1x )3.62 ×10 2x H2CO3 3.49 ×10 3HCO3 0.13.49 ×10 3 0.0996 0.1 mol ·dm3 H+ = K1·H2CO3 / HCO3 (4.3×10 7×3.49 ×10 3) / 0.1 1.5×10 8pH lgH+ lg1.5 × 10 8 7.82（2）0.1 mol ·dm3 (NH4)2CO3 溶液pH值：平衡濃度（mol ·L1） 0

8、.2x 0.1x x xK h Kw / K NH3·H2O· K2 H2CO3 1.0×10 14 / (1.77×10 5×5.61×10 11) = 10.07x2 / (0.2x)(0.1x) 10.07 x 0.0922H+ K2·HCO3 / CO32 (5.61×10 11×0.0922) / (0.10.0922) 6.63 ×10 10pHlgH+ lg 6.63 ×10 10 9.1814.7在0.2 mol ·dm3的Ca2+鹽溶液中，加入等濃度、等體積

9、的Na2CO3溶液，將得到什么產(chǎn)物？若以0.2 mol ·dm3的Cu2+代替Ca2+鹽，產(chǎn)物是什么？再以0.2 mol ·dm3的Al3+鹽代替Ca2+鹽，產(chǎn)物又是什么？試從溶度積計算說明。解：已知CaCO3 K sp 4.96 ×10 9 CuCO3 K sp 1.4 ×10 10 Ca(OH)2 K sp 4.68 ×10 6 Cu(OH)2 K sp 2.6 ×10 19 Al(OH)3 K sp 1.3 ×10 33溶液中Ca2+ Cu2+ Al3+ CO32 0.1mol ·dm3OH (Kw / K2

10、 ×Ca鹽)1/2 (1.0×10 14 / 5.61×10 11 )×0.11/2 4.22 ×10 3（1） Ca2+CO32 102 > 4.68 ×10 6 (K sp CaCO3 )Ca2+OH2 0.1 × (4.22 ×10 3)2 1.78 ×10 6 < 4.68 ×10 6 (K sp Ca(OH)2 ) 故有CaCO3沉淀析出（2） Cu2+CO32 102 > 1.4 ×10 10 (K sp CuCO3 ) Cu2+OH2 0.1 ×

11、; (4.22 ×10 3)2 1.78 ×10 6 > 2.6 ×10 19 (K sp Cu(OH)2 )故有Cu2(OH)2 CO3沉淀析出（3）Al(OH)3的溶度積極小，Al3+ 和CO32完全水解，故生成氫氧化物沉淀。Al3+OH3 0.1 × (4.22 ×10 3)3 7.5 ×10 4 > 1.3 ×10 33 (K sp Al(OH)3 )14.8. 比較下列各對碳酸鹽熱穩(wěn)定性的大?。?）Na2CO3 和BeCO3 （2）NaHCO3和Na2CO3 （3）MgCO3 和BaCO3 （4）PbC

12、O3和CaCO3解： 含氧酸鹽熱穩(wěn)定性和金屬離子的極化力大小有關(guān)，離子勢（Z/r）大、或18 、18+2電子構(gòu)型的金屬離子，對酸根的反極化作用大，酸根中RO鍵易斷，含氧酸鹽變得不 穩(wěn)定。（1）Na2CO3 > BeCO3，因為Be2+的離子勢（Z/r）比Na+的大。對CO32的反極化作用強(qiáng)。（2）NaHCO3 < Na2CO3，因為H+是裸露質(zhì)子，半徑又很小，正電荷密度大，反極化作用特別強(qiáng)。（3）MgCO3 < BaCO3 ，因為r Mg2+< r Ba2+ ，Mg2+的Z/r比Ba2+的大，極化能力比Ba2+強(qiáng)。（4）PbCO3 < CaCO3 ，因為Pb2+為

13、18+2電子構(gòu)型，極化能力比8電子構(gòu)型的Ca2+大。14.9. 如何鑒別下列各組物質(zhì)：（1）Na2CO3 、Na2SiO3 、Na2B4O7·10H2O（2）NaHCO3 、Na2CO3（3）CH4、SiH4解：（1）分別于三種溶液中加酸，有氣體（CO2）放出者為Na2CO3 ，有白色沉淀析出者可能是Na2SiO3或Na2B4O7·10H2O 。再分別取二者溶液，加入濃H2SO4和甲醇，并點燃，有綠色火焰產(chǎn)生者為Na2B4O7·10H2O。（2）分別用pH試紙檢驗兩溶液，pH 11，溶液呈強(qiáng)堿性者為Na2CO3 ，pH在8左右為弱堿性者為NaHCO3 。也可以分別

14、將兩固體加熱，容易分解產(chǎn)生CO2氣體者為NaHCO3 ，而Na2CO3加熱到熔化也不分解。（3）分別將兩種氣體通入AgNO3溶液中，有黑色Ag析出者為SiH4 。14.10. 怎樣凈化下列兩種氣體：（1）含有少量CO2、O2和H2O等雜質(zhì)的CO氣體。（2）含有少量H2O、CO、O2、N2及微量H2S和SO2雜質(zhì)的CO2氣體。解： （1）將含有雜質(zhì)的CO氣體，首先通過連二亞硫酸鈉的堿性溶液吸收O2 ：2Na2S2O4 + O2 + 4NaOH 4Na2SO3 + 2H2O然后，再依次通過Ca(OH)2溶液、濃H2SO4以吸收CO2和H2O。（2）將含有雜質(zhì)的CO2氣體通過冷的、濃K2CO3溶液吸

15、收CO2 ，CO、O2、N2不被吸收，H2S、SO2也同時被吸收，但產(chǎn)物不同：CO2 + K2CO3 + H2O 2KHCO3SO2 + K2CO3 K2SO3 + CO2H2S + K2CO3 K2S + H2O+ CO2將吸收過CO2的KHCO3溶液再加熱，CO2即逸出。經(jīng)濃H2SO4干燥后即可得純凈、干燥的CO2 。14.11. 試說明下列現(xiàn)象的原因：（1）制備純硼或硅時，用氫氣作還原劑比用活潑金屬或碳好；（2）硼砂的水溶液是緩沖溶液。（3）裝有水玻璃的試劑瓶長期敞開瓶口后，水玻璃變渾濁。（4）石棉和滑石都是硅酸鹽，石棉具有纖維性質(zhì)，而滑石可作潤滑劑。解：（1）用活潑金屬或碳作還原劑，制

16、備出來的硼或硅會和金屬或碳生成金屬化合物或碳化物。（2）硼砂Na2B4O5 (OH)4·8H2O水解產(chǎn)生共軛酸堿對：H3BO3是酸，B(OH)4是共軛堿。（3）水玻璃Na2SiO3接觸空氣后，與CO2作用，加速水解。SiO32 + 2H2O H2SiO3 + 2OHH2SiO3不溶于水，故使溶液變渾濁。（4）石棉為鏈狀硅酸鹽結(jié)構(gòu)，故具有纖維性質(zhì)；而滑石組分中的硅酸鹽陰離子為片狀結(jié)構(gòu)，金屬離子存在于片層之間，片與片之間容易相對滑動，故滑石有潤滑感。14.12. 試說明下列事實的原因；（1）常溫常壓下，CO2為氣體而SiO2為固體。（2）CF4不水解，而BF3和SiF4都水解。（3）BF

17、3和SiF4水解產(chǎn)物中，除有相應(yīng)的含氧酸外，前者生成BF4，而后者卻是SiF62。解：（1）C 、O均為第二周期元素，形成pp鍵的傾向強(qiáng)，CO2分子中除有鍵外，還有兩個鍵，加強(qiáng)了分子的穩(wěn)定性。因此，它的晶體類型是以小分子CO2為結(jié)構(gòu)單元組成的分子晶體，熔、沸點低，故常溫常壓下為氣體。Si是第三周期元素，形成pp鍵的能力弱，傾向于形成多個單鍵以增加鍵能，降低體系能量，因此SiO2是以SiO四面體為結(jié)構(gòu)單元組成的原子晶體，熔沸點極高，常溫常壓下為固體。（2）非金屬鹵化物水解條件之一是中心原子要有空軌道，接受水分子中氧原子的孤對電子。CF4中C的配位數(shù)已飽和，沒有空軌道接受H2O配位。BF3為缺電子

18、分子，尚有一個空的p軌道可利用；SiF4中原子有空的3d軌道，它們都能接受H2O分子配位，故能水解。（3） 4BF3 + 3H2O H3BO3 + 3H+ + 3BF4 3SiF4 + 4H2O H4SiO4 + 4H+ + 2SiF62因為B的最大配位數(shù)只能是4，故生成BF4，而Si可利用空的3d軌道成鍵，配位數(shù)可擴(kuò)大到6，故生成SiF62。14.13. 試說明硅為何不溶于氧化性的酸（如濃硝酸）溶液中，卻分別溶于堿溶液及HNO3與HF組成的混合溶液中。解： 在氧化性酸中，Si被氧化時在其表面形成阻止進(jìn)一步反應(yīng)的致密的氧化物薄膜，故不溶于氧化性酸中。HF的存在可消除Si表面的氧化物薄膜，生成可

19、溶性的SiF62，所以Si可溶于HNO3和HF的混合溶液中。Si是非金屬，可和堿反應(yīng)放出H2，同時生成的堿金屬硅酸鹽可溶，也促使了反應(yīng)的進(jìn)行。14.14. 試解釋下列現(xiàn)象：（1）甲烷既沒有酸性，也沒有堿性；（2）硅烷的還原性比烷烴強(qiáng)；（3）硅的鹵化物比氫化物容易成鏈；（4）BH3有二聚物B2H6，而BX3卻不形成二聚體。解：（1）CH鍵是共價性的，又因C和H原子半徑均較小，具有較小的極化性，因此在H2O分子的影響下，CH4不產(chǎn)生H+，故不顯酸性。又因在CH4分子中，C原子外層無孤對電子及空軌道，不能接受H+，故也不顯堿性。（2） H的電負(fù)性（xp=2.1）介于C（xp=2.5）和Si（xp=1

20、.8）之間，SiH4中H表現(xiàn)負(fù)氧化態(tài)；同時ESi-Si和ESi-H均分別比EC-C和EC-H小，硅烷不穩(wěn)定。所以硅烷的還原性比烷烴強(qiáng)。（3）硅的鹵化物中存在著d-p配鍵，使SiX鍵鍵能增加，故易于成鏈。（4）BH3為缺電子分子，通過形成3C2e的多中心鍵以B2H6二聚體形式存在，解決了缺電子問題。BF3雖也是缺電子分子，但F有孤對電子，可提供占有電子對的p軌道與B原子形成離域鍵，增加了BF鍵鍵能，緩和了缺電子的問題。14.15說明下列物質(zhì)的組成、制法及用途。（1）泡花堿 ；（2）硅膠 ；（3）人造分子篩；解：（1）泡花堿是市售水玻璃的俗名，它是多種硅酸鹽的混合物，其化學(xué)組成為Na2O·

21、;nSiO2，工業(yè)生產(chǎn)方法是將石英砂(SiO2)，Na2SO4和煤粉(C)混合后置于反射爐內(nèi)于1373K1623K 時反應(yīng)，產(chǎn)品是玻璃塊狀物，主要用途是作粘合劑、防腐劑、軟水劑。也是制硅膠及分子篩的原料。(2) 硅膠：在硅酸鈉Na2SiO3溶液中加酸，單個硅酸分子逐漸縮合為多硅酸的膠體溶液硅酸溶液，當(dāng)濃度足夠大時，就得到硅酸凝膠（含水量較大、軟和透明的、有彈性的物質(zhì)），將硅酸凝膠洗滌，干燥，脫去部分水后就得到硅膠（多孔性、稍透明的白色固體），因其表面積大，主要用作干燥劑和催化劑載體。(3) 人造分子篩：它是一類人工制造的鋁硅酸鹽，以實驗室常用的A型分子篩為例，它的組成一般為：Na2O·

22、;Al2O3·2SiO2·5H2O，是用水玻璃、偏鋁酸鈉、氫氧化鈉和水按一定的配比，控制適當(dāng)?shù)臏囟仁蛊涑浞址磻?yīng)而制得。分子篩具有極強(qiáng)的吸附能力和離子交換能力，主要用作吸附劑、干燥劑以及催化劑和催化劑載體。14.16. 為什么BH3的二聚過程不能用分子中形成氫鍵來解釋？B2H6分子中的化學(xué)鍵有什么特殊性？“三中心二電子鍵”和一般的共價鍵有什么不同？解： 因為B原子沒有未共用的電子對，并且也不帶有負(fù)的有效電荷，故BH3分子間不可能形成氫鍵。B2H6分子中共有14個原子軌道，卻只有12個電子，不可能都形成2C2e的正常共價鍵，只能通過形成缺電子的多中心鍵，充分利用B的空軌道又解決

23、了缺電子問題，所以在B2H6中，除有4個BH共價鍵外，還有2個3C2e的氫橋鍵，它和一般的共價鍵不同處就是成鍵的電子數(shù)小于成鍵的軌道數(shù)。14.17. B6H10的結(jié)構(gòu)中有多少種形式的化學(xué)鍵？各有多少個？解： B6H10中有4種形式的化學(xué)鍵：2C2e BH 共價鍵 6個3C2e 氫橋鍵 4個 閉合式 3C2e 硼鍵 2個 2C2e BB 共價鍵 2個14.18. H3BO3和H3PO3組成相似，為什么前者為一元路易斯酸，而后者則為二元質(zhì)子酸，試從結(jié)構(gòu)上加以解釋。解： H3BO3為缺電子分子，每個硼原子用3個sp2雜化軌道與3個氫氧根成鍵，尚余1個空的p軌道可接受來自H2O分子中OH上的孤對電子而

24、釋放出H+，故為一元路易斯酸。H3PO3分子中含有2個羥基氧 ，故為二元質(zhì)子酸。14.19. 寫出以硼砂為原料制備下列物質(zhì)的反應(yīng)方程式。（1）硼酸 （2）三氟化硼 （3）硼氫化鈉解： (1) (2) B2O3 + 3H2SO4 + 3CaF2 2BF3 + 3CaSO4 + 3H2O(3) BF3 + 4NaH NaBH4 + 3NaF14.20. 完成并配平下列反應(yīng)：(1) Si + HNO3 + HF (2) Na2B4O7 + HCl + H2O (3) BF3 + Na2CO3 + H2O (4) Ca2Si + HCl （5） (6)Be2C + H2O (7) SiO2 + C +

25、 Cl2 (8) B2H6 + Cl2 （9） (10) Si2H6 + H2O (11) B2H6 + NH3 (12) B2H6 + LiH (13) Na2SO4 + C+ SiO2 解：(1) 3Si + 4HNO3 + 18HF 3H2SiF6 + 4NO + 8H2O(2) Na2B4O7 + 2HCl + 3H2O 4H3BO3 + 2NaCl(3) 4BF3 + 2Na2CO3 3NaBF4 + 2CO2 + NaBO2(4) Ca2Si + 4HCl 2CaCl2 + SiH4(5) (6) Be2C + 4H2O 2Be(OH)2 + CH4(7) (8) B2H6 + 6

26、Cl2 2BCl3 + 6HCl (9) (10) Si2H6 +(4+n) H2O 2SiO2·nH2O + 7H2(11) 2B2H6 + 6NH3 2B3N3H6 + 12H2(12) B2H6 + 2LiH 2LiBH4(13) Na2SO4 + C+ SiO2 Na2SiO3 + SO2 + CO14.21. 試計算：（1）把1.5g H3BO3溶于100mL水中，所得溶液pH為多少？（2）把足量Na2CO3加入75噸的純硬硼鈣石中，假定轉(zhuǎn)化率為85%，問所得硼砂的質(zhì)量是多少？（已知H3BO3 K1 = 7.3 × 10 10 ）解：（1）H3BO3的摩爾質(zhì)量 6

27、1.81 g·mol1H3BO3的摩爾濃度 1.5 × 1000 / (61.81 × 100) = 0.2426 mol·L1 H+ (7.3 × 10 10 × 0.2426 )1/2 1.33 × 10 5 pH 4.88（2）硬硼鈣石組成：Ca2B6O11· 5H2OCa2B6O11· 5H2O + 2Na2CO3 + 5H2O = Na2B4O5 (OH)4· 8H2O + 2NaBO2 + 2CaCO34NaBO2 + CO2 + 10H2O = Na2B4O5 (OH)4·

28、; 8H2O + Na2CO31份 Ca2B6O11· 5H2O 1.5份Na2B4O5 (OH)4· 8H2O 412 573 75 x x 573 × 75 / 412 104.3（噸）按轉(zhuǎn)化率85%計算，所得硼砂質(zhì)量為：104.3×85% 88.66（噸）即8.9× 10 4 kg14.22.兩種氣態(tài)硼氫化物的化學(xué)式和密度如下：BH3在290K和53978Pa時的密度為0.629 g·L1 ；B2H5在292K和6916Pa時的密度為0.1553 g·L1 。這兩種化合物的相對分子質(zhì)量各是多少？寫出它們的分子式。解：B

29、H3的相對分子質(zhì)量 = (0.629 / 53.978) × 8.314 × 290 28.1分子量為最簡式BH3式量（14）的2倍，故分子式為B2H6 。B2H5的相對分子質(zhì)量 (0.1553 / 6.916) × 8.314 × 29254.51分子量為最簡式B2H5式量（27）的2倍，故分子式為B4H10 。14.23. 有人根據(jù)下列反應(yīng)制備了一些硼烷：若產(chǎn)率為100%，用5g BF3和10.0g LiAlH4反應(yīng)能得到多少克B2H6？制備時，由于用了未經(jīng)很好干燥的乙醚，有些B2H6與水反應(yīng)損失了，若水的質(zhì)量為0.01g ，試計算損失了多少克B2H6？解