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普通化学第十章习题及答案

2020-07-26 来源:客趣旅游网
电子科技大学 《普通化学》 第十章习题

一、哪些元素的离子或原子容易形成配合物的中心体?哪些分子或离子常作为配合物的配位体?哪些元素常作为配位原子?它们形成配合物时需具备什么条件?

解:

1.中心离子:通常是金属离子或原子,也可是非金属原子或离子。一般为过渡金属,特别是铁系、铂系、第IB、IIB族元素。

2.配位体:通常是非金属原子或离子或分子。配位体中与中心离子成键的原子叫配位原子。根据配体提供配原子个数不同,又分为单齿配体与多齿配体。它们通常是:水、氨等中性分子或卤离子、拟卤离子(CN-等)、羟离子(OH-)、酸根离子等离子。

3. 形成配合物的条件是:作为中心离子的基本条件是核外有空的价层轨道,能接受孤对电子或离域电子。其次要有足够大的体积。作为配位原子的基本条件是其核外应有孤对(lone pair)电子或离域(delocalized)电子。

二、中心离子配位数皆为6的配合物浓度又都为0.001mol/L,试问下列溶液导电能力大小的顺序,说明理由:

(1)[CrCl2(NH3)4]Cl; (2)[Pt(NH3)6]Cl4; (3)[K3PtCl6];

(4)[Co(NH3)6]Cl3;

解:溶液导电能力的大小顺序为:由大至小分别为2413,根据配合物2.4.1的內界电荷数的多少,可知导电能力强弱分别为2、4、1,而3配合物不存在内外界,所以它的导电能力最弱。

三、请标出下列各配合物的中心离子、配位体、中心离子氧化数、配位离子的电荷数及配合物名称:

配合物

中心配位体 离子

中心离配位离配合物名称 子氧化子的电数 荷数 +1

1)K[AgI2] (2)[Cr(NH3)5Cl]SO4 (3)Na3[AlF6]

(4)[Co(H2O)4(NH3)2]Cl2

Ag

I

-1 +2

-3

二碘合银酸钾

硫酸一氯·五氨合铬(III) 六氟合铝酸钠

氯化二氨·四水合钴

(II)

氯化二氯·四氨合铬(III) 六氰合铁(II)酸钾 氯化二氯·三氨·水合钴(III)

四氯·二氨合铂(Ⅳ) 三硝基·三氨合钴(III)

Cr NH3、Cl +3

Al F +3

Co H2O、NH3 +2 +2

(5)[Cr(NH3)4Cl2]Cl (6)K4[Fe(CN)6]

Cr

Fe

NH3、Cl

CN

+3 +2

+1

-4 +1

(7)[CoCl2(NH3)3(H2O)]Cl Co Cl 、H2O、NH3 +3

(8)PtCl4(NH3)2 (9)[Co(NO2)3(NH3)3]

Pt Co

NH3、Cl NO2、NH3

+4 +3

0 0

(10)[Ag(NH3)2]Cl (11)PtCl2(NH3)2 (12)Ni(CO)4

Ag Pt Ni

NH3 Cl、NH3 Co

+1 +2 0

+1 0 0

氯化二氨合银 二氯·二氨合铂(II) 四羰基镍

四、写出下列配合物的分子结构: (1)顺–二氯·四氰合铬(Ⅲ);

(2)反–二氯·二(三甲基膦)合钯(Ⅱ)(注:三甲基膦为(CH3)3P);

(3)经–三氯·三氨合钴(Ⅲ);

(4)面–三硝基·三水合钴(Ⅲ)。

五、 画出配位化合物的同分异构体: (1)[PtBr2(NH3)2];

(2)[Co(NH3)4(NO2)2]。

六、 配合物价键理论和晶体场理论的基本要点各是什么?后者比前者有何优点?晶体场理论如何解释配离子的颜色问题? 解:

1. 配位化合物价键理论的基本要点如下:

(1)在配位个体中,中心原子与配体通过配位键相结合。

(2)为了形成配位键,配体的配位原子必须至少含有一对孤对电子,而中心原子的外层必须有

空轨道,以接受配位原子提供的孤对电子。

(3)为提高成键能力,中心原子提供的空轨道必须首先进行杂化,形成数目相等、能量相同、

具有一定方向性的杂化轨道。这些杂化轨道分别与配位原子的孤对电子在一定方向上互相接近,发生最大程度的重叠,形成配位键。

(4)配位个体的空间构型、中心原子的配位数和配位个体的稳定性等主要取决于中心原子提供

的杂化轨道的数目和类型。

2. 晶体场理论的基本要点如下:

(1)在配位个体中,中心原子处于带负电荷的配体(阴离子或极性分子)形成的静电场中,中

心原子与配体之间完全靠静电作用结合在一起,这是配位个体稳定的主要因素。

(2)配体所形成的负电场对中心原子的电子,特别是价电子层的 d 电子产生排斥作用,使中心

原子原来能量相同的5 个简并d轨道的能级发生分裂,有的 d 轨道能量升高较多,有的能量升高较少。

(3)由于 d 轨道能级发生分裂,中心原子价电子层的 d 电子将重新分布,往往使系统的总能

量有所降低,在中心原子和配体之间产生附加成键效应。

3.晶体场理论比较价键理论:

优点:可以合理地解释配合物的颜色,磁性和稳定性,比价键理论更有说服力.

缺点:只考虑其中心离子和配体之间的静电引力,而没有考虑二者之间在形成配位键时还有部分轨

道重叠形成共价成分,因而不能够满意地解释如fNi(CO)4,Fe(CO)5等以中性原子和中性分子形成的羰基化合物等。 4.解释颜色:

最外层 d 电子为 1~9 的金属离子,所形成的配位个体一般是有颜色的。晶体场理论认为,这些

配位个体的中心原子的 d 轨道没有充满,电子吸收光能后从dε轨道跃迁到dγ轨道上,这种跃迁称为 d-d跃迁。d-d跃迁所需的能量(即分裂能)一般为1~3eV,接近于可见光的能量。配位个体呈现的颜色,是入射的可见光去掉被吸收光后剩下的那一部分可见光的颜色。

配位个体呈现颜色必须具备以下两个条件: (1) 中心原子的外层 d 轨道未填满; (2) 分裂能必须在可见光的能量范围内。

七、 已知[Ni (CO)4]和[Ni (CN)4]2-为反磁性的,试判断其中心体(原子和离子)的构型、杂化轨道和配合物空间构型,并指出它们属内轨型还是外轨型配合物。 解:

[Ni (CO)4]:中心Ni离子采用sp3杂化,构型为正四面体,属于外轨型配合物。

[Ni (CN)4]2-:中心Ni离子采用dsp2杂化,中心原子和配合物构型均为平面正方形,属于内轨型配合物;

八、 比较正八面体晶体场与正四面体晶体场下d轨道分裂与配合自旋的特点。讨论平面四方型晶体场下d轨道的分裂。 解:

八面体中,5个d轨道分裂成两组,dz2和dx2y2轨道一组,由于这两个轨道的电子云密度与配体相撞靠近,故能量升高,成为二重简并轨道,eg轨道;

dxy、dyz、dxz轨道电子云与配体错开,成为

三重简并轨道,能量升高较少,为t2g轨道,两组轨道的能级差O为晶体场分裂能。 四面体配位场中,分裂的顺序与八面体配位场分裂相反,T的大小只有八面体的4/9。 平面四方型晶体场下,d轨道分裂为四组,如图:

九、 为什么F、O、N、C电负性依次减小而CN-,CO在化学光谱序列中的配位能力远远强于卤素负离子?

解:对于卤素离子,配体是强的电子提供者,配体电子进入成键分子轨道,而金属离子t2g轨道中的d电子进入能量较高的反键分子轨道t2g*,分裂能减小,属于弱场配体。

对于H2O,NH3,金属离子和配体之间不能形成有效的π配键,分裂能居中,属于中强场配体。 对于CN和CO,配体是强的电子接受者,配体中有空轨道的情形i,金属离子t2g轨道中d电子进入能量较低的成键分子轨道t2g,分裂能增大,属于强场配体。

十、试讨论σ配键与反馈π键的同异。

解:Ni(CO)4分子中CO中C原子提供孤对电子给Ni原子的空的d轨道形成σ配键。CO(与N2是等电子体)还有空的反键π*轨道,又可接受Ni原子的孤对电子形成反馈π键。这种反馈π键的形成可使Ni原子上由于形成σ配键而积聚的负电荷得以分散,使低氧化态配合物能够稳定存在。

课程名称:《普通化学》 (二)(卷) 试卷编号:03a50210 题号 得分 评卷人 一 二 三 四 五 六 总分 一、 选择题(每小题2分,共20分)

1.在标准压力和273.15K下,水蒸气凝聚为液态的水时体系中应是……( )

A. ΔH=0 B. ΔS=0 C. ΔG=0 D.ΔU=0

2.已知Ka(HAc)=1.76×10-5 、 Ka(HCN)=4.93×10-10 下列水溶液中pH值最大的是…………………………………… ………………………… …… ( ) mol·dm-3NaAc B.·dm-3NaCN

·dm-3HCN D.·dm-3HCN—·dm-3NaCN

3.加入催化剂可使化学反应的下列物理量中哪一个发生改变? ………( ) A.反应热 B.平衡常数 C.反应熵变 D.速率常数 4. AgCl固体在下列哪一种溶液中的溶解度最小?……………………( ) A.mol·dm-3氨水溶液 B. ·dm-3氯化镁溶液

C. 纯水

Ө

D.·dm-3硝酸银溶液

5.某反应的∆rH m < 0 ,当温度升高时,其平衡常数的数值将………( ) A.减小 B.不变 C.增大 D.无法确定

6.下列几种溶液性质中不属于依数性的是………………………………( ) A. 凝固点下降 B. 沸点升高 C. 渗透压 D.密度

7.原子不成对电子最多的元素位于周期表中的…………………………( ) A.s区 B.p区 C.d区 D. f区

8.下列各组量子数中,合理的是……………………………………………………( ) A.(5,—3,—3,1/2) B.(3,0,1,1/2) C.(4,2,2,—1/2) D.(3,3,—2,1/2)

9.H2PO4的共轭碱是…………………………………………………………………( )

-

A.H3PO4 B.H2PO3 C. HPO4 D.PO4

10.已知某化学反应的∆ rSm > 0,那么下列说法不正确的是…………………( )

A.该反应一定自发 B.该反应体系的混乱度增大

C.该反应不一定自发 D.若该反应同时满足△rHm < 0时,则该反应一定自发

Ө

Ө

-2-3-

二、 填空题(每空1分,共30分)

1. 25Mn价电子构型为 ,位于第______周期,_______族,属 区,共有 . 个不成对电子,该元素+2价离子的外层电子构型是 。 2.海水鱼放在淡水中,由于产生溶血现象而死亡,这是因为鱼细胞液渗透压 淡水的渗透压所致。

3.某放热反应的∑vB(g) > 0,则升高温度( p不变)时,化学平衡的移动方向为 ;

在增大压力( T不变)时平衡移动方向 ;

4.物理量q(热量)、T(热力学温度)、V(系统体积)、W(功),其中属于状态函数的是________;

与过程有关的量是 。

5.BF3、NH3分子中,中心原子所采用的杂化轨道类型分别是 、 ;

分子的空间构型分别是 、 ;分子间作用力分别是 , 。 6.对于反应:

Ө

N2(g) + 3H2(g) == 2NH3(g) △rHm (298.15K) = — 92.2 kJ.mol-1

若升高温度(例如升高100K),则下列各项将如何变化(填写:不变,基本不变,增大或减小。)

ӨӨӨӨ

△rHm , △rSm , △rGm , K 。

7.用铂作阳极,铜作阴极电解CuSO4溶液时,则阳极反应为 ,

阴极反应为__________________________。

8. NaCl、SiC、SiCl4、CCl4属于原子晶体的是 ,熔点由高到低的顺序为 。 9.已知[HgI4]2-的稳定常数为Kf 1 ,[HgCl4]2-的稳定常数为Kf 2。则反应: [HgCl4]2- + 4 I -

[HgI4]2- + 4Cl -

的平衡常数为 。

10.氧化还原反应的方向是电极电势 的氧化态物质与电极电势 的还

原态物质反应生成各自相应的还原态和氧化态物质。在一定条件下,以下反应均可以向右进行:

Cr2O7+6Fe+14H=2Cr+6Fe+7H2O 2Fe+Sn=2Fe+Sn

3+

2+

2+

4+

2-2+

+

3+

3+

上述物质中最强的氧化剂为 ,最强的还原剂是 。 三、

判断题(对者在题前括号内打“√”,否则打“×”。每小题1分,共10分)

( )1.反应的级数取决于反应方程式中反应物的化学计量数(绝对值)。

( )2.对于一个反应,当温度发生改变,通常对∆S和∆H影响较小,而对∆G值影响较大。 ( )3.对于电池反应 Cu2++Zn==Cu+Zn2+, 增大系统Cu2+的浓度必将使电池的E增大,

根据电动势与平衡常数的关系可知,电池反应的K也必将增大. ( )4.平衡常数k值可以直接由反应的∆G值求得。

( )5.时,H2(g)的标准摩尔燃烧焓与H2O(l)的标准摩尔生成焓数值上相等。 ( )6.对于一个反应,如果∆H >∆G,则该反应必是熵增大的反应。

( )7.已知 Ks(Ag2CrO4×10-12 < Ks×10-10 ,在Cl – 和CrO42- mol·dm混合溶液中逐

滴加入 mol·dm的AgNO3溶液,最先生成的是Ag2CrO4沉淀。 ( )8. 3个p轨道的能量、形状和大小都相同,不同的是在空间的取向。

( )9.主族元素单质的熔点,大致有这样的趋势:中部熔点较高,而两边的熔点较低。 ( )10.有一由HAc - Ac-组成的缓冲溶液,若溶液中C(HAc)>C(Ac-),则该缓冲溶液抵抗

外来酸的能力大于抵抗外来碱的能力。

-3

-3

Ө

Ө

ӨӨ

四、 完成并配平下列反应方程式(每小题2分,共10分)

1.Pt + HNO3 + HCl =

2.H2O2 + KI = 3.MnO4- + SO3 2-+ H+ =

4.Si + NaOH + H2O =

5.SbCl3 + H2O =

五、 简答题:(每小题3分,共6分)

1、为什么石墨既具有良好的导电性,又常用做固体润滑剂?

2、为什么氨极易溶于水而甲烷难溶于水?

六、 计算题(每小题8分,共24分)

1. 已知:

MnO4- (aq) + 8H+(aq) + 5e - = Mn2+ (aq) + 4H2O(l) φ (MnO4-/Mn2+)=1.51V , Cl2 (g) + 2e - = 2Cl - φ (Cl2/Cl )=1.36V , 若将此两电对组成原电池,请: ⑴计算该原电池的E

⑵计算25℃时反应的△rGm (F=96485C·mol-1) ⑶写出原电池图式

⑷通过计算,当pH = 4·dm-3 ,p(Cl2)= 100kPa 时,反应: 2MnO4- (aq) + 16H+(aq) + 10Cl - (aq) = 2Mn2+ (aq) + 5 Cl2 (g) + 8 H2O(l) 能否自发进行?

Ө

Ө

Ө

-

Ө

2. 在锥形瓶中盛放3l·dm醋酸溶液,逐滴加入l·dmNaOH溶液,试计算: (已知Ka(HAc)

= 1.76×10)。

⑴l·dm醋酸溶液的pH值和醋酸的解离度。 ⑵当加入3l·dm NaOH溶液后,混合溶液的pH值 ⑶当加入3l·dm NaOH溶液后,混合溶液的pH值

3. 试利用标准热力学函数数据,通过计算回答汽车尾气净化反应:

2NO(g) + 2CO(g) = N2(g) + 2CO2(g) 标准热力学函数 △fHm (298.15K)/kJ.mol-1 Ө-3-3

-3-5

-3

-3

NO(g) CO(g) — N2(g) 0 CO2(g) — △fGm (298.15K)/kJ.mol-1 Sm (298.15K)/J.K-1.mol-1 ⑴计算反应的△rGm

Ө

ӨӨ — 0 — ⑵在25℃的标准条件下反应能否自发进行?并(用一句话)说明人们为此反应寻求高效催化剂有无现实意义。

⑶估算在600℃时该反应的标准平衡常数K

Ө

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