无机化学习题讲解(华工)

2021/5/91第1章原子结构与元素周期表P30-311、说明四个量子数的物理意义和取值要求，并说明n、li、mi之间的关系。描述一个原子轨道要用哪几个量子数？（P30-5）四个量子数的物理意义和取值要求分别是：主量子数n：确定电子离原子核距离的远近，也决定电子运动时能量高低的主要因素，代表电子层。取值要求为n≥1。轨道角动量量子数li：与波函数的角度函数有关，决定电子轨道运动的角动量，代表电子亚层。取值要求为0≤li≤n-1.磁量子数mi：确定原子轨道与电子云在磁场作用下在空间的伸展方向。取值要求为-li≤mi≤li。自旋角动量量子数si：描述电子的自旋运动状态，电子有两个相反的自旋方向。取值为+1/2和-1/2。关系：角动量量子数受主量子数限制，磁量子数受角动量量子数限制。前三个量子数共同确定一个空间轨道，即原子轨道。四个量子数共同确定原子轨道上电子的运动状态。说明：可参考书P13-14。2021/5/922、为什么铜原子的外围电子构型为3d104s1，而不是3d94s2？（P30-9）答：满足洪德（F.Hund）规则：即当等价轨道处于半充满（p3、d5、f7）或全充满（p6、d10、f14）状态时，原子所处的状态较稳定。说明：参考书P183、写出下列各组中缺少的量子数（P30-1）①n=3,4,5,6,7li=2mi=0si=+1/2②n=2li=1mi=-1si=-1/2③n=4li=2mi=0si=±1/2n=3li=1mi=0,±1si=-1/2说明：在填写量子数时，要综合考虑三者之间的制约关系。4、下列各组量子数哪些是不合理的，为什么？（P31-2)答：⑤⑥不合理⑤：m=0或者l=1⑥：l=0，1;m=0或0，±1

或者n≥4

2021/5/935、写出原子序数分别为13、19、27、33元素的原子的电子排布式，并指出它们各属于哪一区、哪一族、哪一周期？（P31-6）a．13Al1s22s22p63s23p1p区第三周期，ⅢAb．19K1s22s22p63s23p64s1s区第四周期，ⅠAc．27Co1s22s22p63s23p63d74s2d区第四周期，ⅧBd．33As1s22s22p63s23p63d104s24p3p区第四周期，ⅤA说明：具体书写原则见书P18。6、写出下列离子的电子排布式:S2-,I-,K+,Ag+,Pb2+,Mn2+,Co2+

（P31-10）S2-:1s22s22p63s23p6或[Ne]

3s23p6I-:1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p6或[Kr]64d105s25p6

Ag+:1s22s22p63s23p63d104s24p64d10或[Kr]64d10

Pb2+：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d106s2或[Xe]4f145d106s2

Mn2+:1s22s22p63s23p63d5或[Ar]3d5

Co2+:1s22s22p63s23p63d7或[Ar]3d7说明：失去电子的时候是先失去最外层电子，然后才失去次外层，直到达到相应的价态。7、某一周期（其稀有气体原子的最外层电子构型为4s24p6）中有A、B、C、D四种元素，已知它们的最外层电子层上的电子数分别为2、2、1、7；A、C的次外层上的电子数为8，B、D次外层上的电子数为18。问A、B、C、D是哪几种元素。CaZnKBr说明：（其稀有气体原子的最外层电子构型为4s24p6）决定了为第四周期的元素。

2021/5/94第2章分子结构P541、根据下列分子的空间构型，推断中心原子的杂化类型，并简要说明它们的成键过程。（p54-1）

(1)SiH4(正四面体)中心原子Si的杂化类型为sp3杂化，Si的价层电子构型：3s23p2，与H的成键时：中心原子Si以4个sp3杂化轨道与4个H原子的1s轨道形成4个sp3-sσ键。3s3p3s3p激发sp3杂化sp3杂化轨道2021/5/95(2)HgCl2(直线型)中心原子Hg的杂化类型为sp杂化，Hg的

价层电子构型为：6s2，与Cl原子的成键时：中心原子Hg以2个sp杂化轨道与2个Cl原子的3p轨道形成2个sp-pσ键。6s6s6p激发sp杂化sp杂化轨道2021/5/96(3)BCl3(正三角形)中心原子B的杂化类型为sp2杂化，B的价层电子构型为：2s22p1，与Cl原子的成键时：中心原子B以3个sp2杂化轨道与3个Cl原子的3p轨道形成3个sp2-pσ键。2s2p2s2p激发sp2杂化sp2杂化轨道2021/5/97(4)CS2(直线型)中心原子C的杂化类型为sp杂化，C的价层电子构型为：2s22p2，与S原子的成键时：中心原子C以2个sp杂化轨道与2个S原子的3p轨道形成2个sp-pσ键，C原子剩余的2个p轨道与2个S原子的另一个3p轨道形成2个p-pπ键。S=C=Sσσππ2s2p2s2p激发sp杂化sp杂化轨道2021/5/982、用杂化轨道理论，推测下列分子中中心原子的杂化轨道类型，并预测分子或离子的几何构型。（P54-2）

SbH3,BeH2,BI3,SiCl4,NH4+,H2Te,CH3Cl,CO2SbH3：

(三角锥形)Sb:5s25p3(不等性sp3杂化）BeH2：（直线型）Be：2s2

(sp杂化）BI3：

(平面三角形）B：2s22p1(sp杂化)SiCl4:(正四面体）Si:3s22p2(sp3杂化)NH4+:(正四面体）N：2s22p3(sp3

杂化)H2Te：(V形）Te：5s25p4（不等性sp3杂化）CH3Cl：(四面体）C：2s22p2(sp3杂化）CO2：（直线型）C：2s22p2(sp杂化）说明：具体的参考书P37-40。2021/5/993.通过杂化轨道理论比较下列分子或离子的键角的大小：

NH3,PCl4+,BF3,HgCl2,H2S（P54-3）NH3:sp3

（三角锥型）107°PCl4+：sp3

（正四面体型）109°BF3：sp2（平面三角形）120°HgCl2:sp（直线型）180°H2S:sp3

（V型）104°HgCl2>

BF3>PCl4+>NH3>

H2S2021/5/9104.预测下列各组物质的熔、沸点高低（P55-14）①CH4,CCl4,CBr4,CI4②H2O,H2S③CH4,SiH4,GeH4④He,Ne,Ar,Kr解：①CH4<CCl4<CBr4<CI4②H2O>H2S（氢键）③CH4<SiH4<GeH4④He<Ne<Ar<Kr说明：熔沸点主要由分子间力决定，分子间力与分子的相对分子质量有关。（见书P49-50）2021/5/911第3章晶体结构P731.试推测下列物质中何者熔点高，何者熔点低。（P73-2）①NaClKBrKClMgO②N2SiNH3解：①MgO>NaCl>KCl>KBrSi>NH3>

N2说明：对晶体结构相同的离子化合物，离子电荷数越多，核间距越短，晶格能就越大，相应的熔点就越高，硬度就越大。（见书P67，,62）2.结合下列物质讨论键型的过渡（P74-3）

Cl2HClAgINaFCl2:非极性共价键HCl：极性共价键AgI：共价键、离子键NaF：离子键

Cl2HClAgINaF键型过渡：共价键向离子键过渡2021/5/9123.写出下列各种离子的电子分布式，并指出它们属于何种离子电子构型？（P74-6）离子电子分布式离子电子构型Fe3+1S22S22P63S23P63d59～17Ag+1S22S22P63S23P63d104S24P64d1018Ca2+1S22S22P63S23P68Li+1S22Br-1S22S22P63S23P63d104S24P68S2-1S22S22P63S23P68Pb2+1S22S22P63S23P63d104S24P64d104f145S25P65d106S218+2Pb4+1S22S22P63S23P63d104S24P64d104f145S25P65d1018Bi3+1S22S22P63S23P63d104S24P64d104f145S25P65d106S218+22021/5/9134、试用离子极化的观点解释（P74-8）①KCl,CaCl2

的熔点、沸点高于GeCl4解：K+,Ca2+,Ge4+为同周期元素，Ge4+电荷最高，半径最小，且为18电子构型，极化力最强，Ge-Cl键的共价成分最多，所以KCl,CaCl2

的熔点、沸点高于GeCl4②ZnCl2的熔点、沸点低于CaCl2解：Zn2+和Ca2+为同周期元素，电荷相同，但Zn2+为18电子构型，而Ca2+为8电子构型。18电子构型具有大的极化力和变形性。③FeCl3的熔、沸点低于FeCl2

解：Fe3+的电荷高于Fe2+,半径小于Fe2+,因此Fe3+的极化力大于Fe2+，所以FeCl3的熔、沸点低于FeCl2。2021/5/914第5章电离平衡P1301、试计算：（P130-2）①PH=1.00与PH=4.00的HCl溶液等体积混合后溶液的PH②PH=1.00的HCl溶液与PH=13.00的NaOH溶液等体积混合后溶液的PH③PH=10.00与PH=13.00的NaOH溶液等体积混合后溶液的PH解：①：[H+]1=10-1,[H+]2=10-4,等体积混合后[H+]=（[H+]1+[H+]2）/2=(10-1+10-4）/2=0.05PH=-lg[H+]=-lg0.05=1.3②:[H+]=10-1,[OH-]=10-1;等体积混合后，[H+]与[OH-]反应完全，溶液呈中性，PH=7.0③[OH-]1=10-4,[OH-]2=10-1；等体积混合后，[H+]=（[H+]1+[H+]2）/2=(10-4+10-1）/2=0.05=0.055POH=-lg[OH-]=-lg0.055=1.26PH=14-POH=12.72021/5/9152、取0.10mol·L-1的HF溶液50mL，加水稀释至100mL，求稀释前后溶液的c（H+）、pH和电离度。（P130-5）解：查表得HF的电离常数Kθ=3.53×10-4因为HF电离常数Kθ=3.53×10-4》H2O的电离常数Kθ=1.0×10-14，故可忽略水的电离起始浓度0.100

平衡浓度0.1-xxx则：2021/5/916由于c/ka=142<500,所以不能用近似公式[H+]=(cka)1/2X2/(0.10-x）=3.53×10-42021/5/9173、在100ml0.1mol/LNH3·H2O溶液中，加入1.07gNH4Cl固体（忽略体积变化），问改溶液的PH为多少？在此溶液中再加入100ml水，PH有何变化？（P130-14）解:nNH4Cl=1.07/53.5=0.02molcNH4Cl=n/v=0.02/0.1=0.2mol/L方法一：①：该溶液组成缓冲溶液：

PKb=4.75,pka=14-PKb=9.25PH=Pka+lg([NH3]/[NH4+])=9.25+lg(0.1/0.2)=9.25+lg0.5=8.95②:加入100ml水，

PH=Pka+lg([NH3]/[NH4+])=9.25+lg(0.05/0.1)=8.95PH无变化方法二：①[OH-]=(10-4.75×0.1)/0.2=0.5×10-4.75

[H+]=10-14/0.5×10-4.75=2×10-9.25

PH=8.95②[OH-]=(10-4.75×0.05)/0.1=0.5×10-4.75

[H+]=10-14/0.5×10-4.75=2×10-9.25

PH=8.952021/5/9184、在含有0.1mol/LHCl和0.01mol/LZnCl2的溶液中，室温下通入H2S至饱和，是否有ZnS沉淀产生？如有沉淀产生，则此时Zn2+是否沉淀完全？（P131-28）解：思路：

Q﹥KSPΘ有沉淀产生

Q﹤KSPΘ无沉淀产生

Q=[Zn2+][S2-]所以需要求出S2-

的浓度

饱和H2S的浓度为CH2S=0.1mol/LH2S=2H++S2-

KΘ=K1Θ×K2Θ=9.1×10-8×1.1×10-12=1×10-19KΘ=[H+]2[S2-]

/[H2S][S2-]=[H2S]×KΘ/[H+]2=0.1×1×10-19/0.12=1×10-18

Q=[Zn2+][S2-]=0.01×10-17=1×10-19﹥KSPΘ=1.6×10-24

有沉淀产生

KSPΘ=[Zn2+][S2-]

[Zn2+]=

KSPΘ/[S2-]=1.6×10-24/1×10-18=1.6×10-6﹤10-5

Zn2+沉淀完全2021/5/9195、如果BaCO3沉淀中尚有0.01molBaSO4，试计算在1.0L此沉淀的饱和溶液中，应加入多少摩尔的Na2CO3才能使BaSO4完全转化为BaCO3？（P131-30）解：由于BaCO3与BaSO4浓度积的差别，沉淀之间存在平衡

BaSO4+CO32-=BaCO3+SO42-

[SO42-]=0.01/1=0.01mol/LK=[SO42-]/[CO32]=KspΘBaSO4/Ksp

ΘBaCO3

=1.1×10-10/5.1×10-9=0.0216[CO32]=0.01/0.0216=0.46mol/L

沉淀转化消耗了0.01mol/L[CO32]

所以[CO32]=(0.46+0.01）×1.0=0.47mol2021/5/920第6章

氧化还原反应P1532.指出下列物质中哪些只能做氧化剂或还原剂，哪些既能作氧化剂又能作还原剂Na2S,HClO4,KMnO4,FeSO4,Na2SO3,Zn,HNO2,I2,H2O2

价态-2+7+7+2+40+30-1Na2S,HClO4,KMnO4,FeSO4,Na2SO3,Zn,HNO2,I2,H2O2氧化剂：HClO4,KMnO4还原剂：Na2S，Zn既能作氧化剂又能作还原剂：FeSO4,Na2SO3，HNO2,I2,H2O25.指出下列反应反应中哪个是氧化剂？哪个是还原剂？写出有关半反应及电池符号。①Cu2++Fe→Cu+Fe2+C(Cu2+)=C(Fe2+)=0.1mol/L

氧化剂：Cu2+还原剂：

Fe

正极：Cu2++2e→Cu负极：Fe-2e→Fe2+电池:(-)Fe/Fe2+（0.1mol/L）//Cu2+（

0.1mol/L）/Cu(+)2021/5/921②H2+Cu2+→Cu+2H+C(Cu2+)=C(H+)=1.0mol/L,P(H2)=1×105Pa

氧化剂：Cu2+还原剂：H2

正极：Cu2++2e→Cu负极：H2-2e→2H+电池:(-)Pt,H2(1×105Pa)/H+（1.0mol/L）//Cu2+（

1.0mol/L）/Cu(+)③Pb+2H++2Cl-→PbCl2+H2C(H+)=C(Cl-)=1.0mol/L,P(H2)=1×105Pa氧化剂：Pb还原剂：H2

正极：2H++2e→H2

负极：Pb+2Cl--2e→PbCl2电池:(-)Pb/PbCl2(s)/Cl-(1.0mol/L)//H+（1.0mol/L）/H2

(1×105Pa),Pt6.根据标准电极电势预测下列反应能否发生，若能发生写出反应式并配平①KMnO4+H2O2+H+→EΘ(MnO4-/Mn2+)=1.507vEΘ(O2/H2O2)=0.695vEΘ(MnO4-/Mn2+)﹥EΘ(O2/H2O2)所以反应能发生

2KMnO4+5H2O2+6H+→2Mn2++5O2+2K++8H2O2021/5/922②IO3-+I-+H+→EΘ(IO3-/I2)=1.195vEΘ(I2/I-)=0.5355vEΘ(IO3-/I2)﹥EΘ(I2/I-)所以反应能发生

IO3-+5I-+6H+→3I2+3H2O③Br-+Fe3+→EΘ(Fe3+/Fe2+)=0.771vEΘ(Fe3+/Fe)=-0.037vEΘ(Br2/Br-)=1.066vEΘ(Fe3+/Fe2+)﹤EΘ(Br2/Br-)EΘ(Fe3+/Fe)﹤EΘ(Br2/Br-)

所以不能反应④I2+Fe2+→EΘ(I2/I-)=0.5355vEΘ(Fe3+/Fe2+)=0.771vEΘ(I2/I-)﹤EΘ(Fe3+/Fe2+)

所以不反应2021/5/92310.写出下列各原电池的电极反应式和电池反应式，并计算各原电池的电动势①Zn/Zn2+(0.01mol/L)//Fe3+(0.01mol/L),Fe2+(0.01mol/L)/Pt

负：Zn-2e→Zn2+

正:Fe3++e→Fe2+

电池反应：Zn+Fe3+→Zn2++Fe2+

E(Zn2+/Zn)=EΘ(Zn2+/Zn)+0.0592/2lg[Zn2+]=-0.8212vE(Fe3+/Fe2+)=EΘ(Fe3+/Fe2+)+0.0592/2lg[Fe3+]/[Fe2+]=0.8302vE=E(Fe3+/Fe2+)-E(Zn2+/Zn)=1.65v②Cu/Cu2+(0.01mol/L)//Ag+(0.01mol/L)/Ag

负：Cu-2e→Cu2+

正：Ag++e→Ag

Cu+2Ag+→Cu2++2Ag

E(Cu2+/Cu)=EΘ(Cu2+/Cu)+0.0592/2lg[Cu2+]=0.2827v

E(Ag+/Ag)=EΘ(Ag+/Ag)+0.0592/2lg[Ag+]=0.7404vE=

E(Ag+/Ag)-E(Cu2+/Cu)=0.4577v2021/5/924③Pt,H2(100kPa)/H+(1.0mol/L)//Cl-(0.1mol/L)/Hg2Cl2(s)/Hg(l),Pt

负：H2-2e→2H+

正：Hg2Cl2+2e→Hg(l)+2Cl-

H2+Hg2Cl2→2Hg(l)+2H++2Cl-

E(H+/H2)=EΘ(H+/H2)+0.0592/2lg[H+]2=0vE(Hg2Cl2/Hg)=EΘ(Hg2Cl2/Hg)+0.0592/2lg[Cl-]-2=0.2681+0.0592=0.3273vE=E(Hg2Cl2/Hg)-E(H+/H2)=0.3273v14.已知：H3AsO4+2H++2e→H3AsO3+H2OEΘ=0.560vI2+2e→2I-EΘ=0.5355v

反应H3AsO4+2I-+2H+→H3AsO3+I2+H2O①当C(H+)=1×10-7mol/L,其他有关组分仍处于标准状态时，反应向哪个方向进行？②当C(H+)=6mol/L，其他有关组分仍处于标准状态时，反应向哪个方向进行？③计算该反应的平衡常数KΘ2021/5/925解：①E(H3AsO4/H3AsO3)=EΘ+0.0592/2lg([H3AsO4][H+]2/[H3AsO3]=0.56+0.0592/2lg(1×10-7)2

=0.1456vE(I2/I-)=EΘ(I2/I-)-0.0592/2lg[I-]2

=0.5355v

E(H3AsO4/H3AsO3)﹤E(I2/I-)

反应逆向进行②E(H3AsO4/H3AsO3)=EΘ+0.0592/2lg([H3AsO4][H+]2/[H3AsO3]=0.7376vE(I2/I-)=0.5355vE(H3AsO4/H3AsO3)﹥E(I2/I-)

反应正向进行③lgKΘ