大学《无机化学》第四版_习题答案

无机化学第四版答案第一章物质的结构 1-1 在自然界中氢有三种同位素,氧也有三种同位素,问：总共有种含不同核素的水分子？由于3H太少,可以忽略不计,问：不计3H时天然水中共有多少种同位素异构水分子？1-2 天然氟是单核素19F元素,而天然碳有两种稳定同位素12C和13C,在质谱仪中,每一质量数的微粒出现一个峰,氢预言在质谱仪中能出现几个相应于CF4+的峰？1-3 用质谱仪测得溴得两种天然同位素的相对原子质量和同位素丰度分别为79Br 789183占50。54%,81Br 80。9163占49。46%,求溴的相对原子质量原子量。1-4 铊的天然同位素203Tl和205Tl的核素质量分别为202。97u和204。97u,已知铊的相对原子质量原子量为204。39,求铊的同位素丰度。1-5 等质量的银制成氯化银和碘化银,测得质量比mAgCl：mAgBr=1。63810：1,又测得银和氯得相对原子质量原子量分别为107。868和35。453,求碘得相对原子质量原子量。1-6 表1-1中贝采里乌斯1826年测得的铂原子量与现代测定的铂的相对原子质量原子量相比,有多大差别？1-7 设全球有50亿人,设每人每秒数2个金原子,需要多少年全球的人才能数完1mol金原子1年按365天计？1-8 试讨论,为什么有的元素的相对质量原子量的有效数字的位数多达9位,而有的元素的相对原子质量原子量的有效数字却少至34位？1-9 太阳系,例如地球,存在周期表所有稳定元素,而太阳却只开始发生氢燃烧,该核反应的产物只有氢,应怎样理解这个事实？1-10 中国古代哲学家认为,宇宙万物起源于一种叫元气的物质,元气生阴阳,阴阳生万物,请对比元素诞生说与这种古代哲学。1-11 金木水火土是中国古代的元素论,至今仍有许多人对它们的相生相克深信不疑。与化学元素论相比,它出发点最致命的错误是什么？1-12 请用计算机编一个小程序,按1.3式计算氢光谱各谱系的谱线的波长本练习为开放式习题,并不需要所有学生都会做。 n1 n21 1 2 3 4 波长2巴尔麦谱系 1 2 3 4波长3帕逊谱系 1 2 3 4波长4布来凯特谱系 1 2 3 4波长5冯特谱系 1 2 3 4波长1-13 计算下列辐射的频率并给出其颜色：1氦-氖激发光波长633nm；2高压汞灯辐射之一435。8nm；3锂的最强辐射670。8nm。1-14 Br2分子分解为Br原子需要的最低离解能为190KJ。mol-1 ,求引起溴分子解离需要吸收的最低能量子的波长与频率。1-15 高压钠灯辐射589.6nm和589.0nm的双线,他们的能量差为多少KJ.mol-1 ？1-16 当频率为 1.010-15Hz 的辐射照射到金属铯的表面,发生光电子效应,释放出的光量子的动能为 5.210-19 ,求金属铯释放电子所需能量。1-17 变色眼镜因光照引起玻璃中的氯化银发生分解反应AgCl-Ag+Cl ,析出的银微粒导致玻璃变暗,到暗处该反应逆转。已知该反应的能量变化为310KJ.mol-1 ,问：引起变色眼镜变暗的最大波长为多少？1-18 光化学毒雾的重要组分之一NO2 解离为NO 和O2 需要的能量为305KJ.mol-1,引起这种变化的光最大波长多大？这种光属于哪一种辐射范围可见,紫外,X光等等？已知射到地面的阳光的最短波长为320nm,NO2 气体在近地大气里会不会解离？1-19 氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波长为103nm,问：它相应于氢原子核外电子的哪一个跃迁？1-20 氦首先发现于日冕。1868年后30年间,太阳是研究氦的物理,化学性质的唯一源泉。a观察到太阳可见光谱中有波长为4338A,4540A,4858A,5410A,6558A 的吸收1A=10-10m来分析,这些吸收是由哪一种类氢原子激发造成的？是 He,He +还是He2+ ？b以上跃迁都是由ni=4向较高能级nf的跃迁。试确定 nf 值,求里德堡常数RHei+。c求上述跃迁所涉及的粒子的电离能IHej+,用电子伏特为单位。d已知 IHe+/ IHe=2.180。这两个电离能的和是表观能AHe2+,即从He得到He2+的能量。AHe2+是最小的能量子。试计算能够引起He 电离成He2+ 所需要的最低能量子。在太阳光中,在地球上,有没有这种能量子的有效源泉？c=2.997925108 ms-1;h=6.62610-34Js;1eV=96.486KJ.mol-1=2.41801014Hz 1-21 当电子的速度达到光速的20.0%时,该电子的德布罗意波长多大？ 锂原子质量7.02amu以相同速度飞行时,其德布罗意波长多大？1-22 垒球手投掷出速度达152Km.h-1质量为142g的垒球,求德布罗意波长。 1-23 处于KLM 层的最大可能数目各为多少？1-24 以下哪些符号是错误的？a6s 1p 4d 2d 3p 3f1-25 描述核外电子空间运动状态的下列哪一套量子数是不可能存在的？ n l m n l m n l m n l m 2 0 0 1 1 0 2 1 -1 6 5 5 1-26 以下能级的角量子数多大？1s 1p 4d 2d 3p 3f1-27 4s5p6d7f5g 能级各有几个轨道？1-28 根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态： K Al Cl Ti Zn As1-29 若构造原理对新合成的及未合成的人造元素仍有效,请预言第118和166号元素在周期表中的位置注：1999年美国宣布合成了118 号元素及其衰变产物116号元素,但20XX因不能重复而收回该报道。1-30 给出下列基态原子或离子的价电子层电子组态,并用方框图表示轨道,填入轨道的电子则用箭头表示。Be N F Cl- Ne+ Fe3+ As3+1-31 下列哪些组态符合洪特规则？1s 2s 2p 3s 3p1-32 以下哪些原子或离子的电子组态是基态激发态还是不可能的组态？ a1s22s2 b1s23s1 c1s23d3 dNe3s23d1 eAr3d24s2 f1s22s22p63s1 gNe3s23d12 fXe4f7 gAr3d61-33 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？1-34 以下+3价离子哪些具有8电子外壳？Al3+ , Ga3+, Bi3+, Mn3+, Se3+1-35已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为：（a） 3s23p5b3d64s2c5s2d4f96s2e5d106s1试根据这个信息确定它们在周期表中属于哪个区？哪个族？哪个周期？1-36 根据TiGeAgRbNe 在周期表中的位置,推出它们的基态原子的电子组态。 1-37有人推测尚未合成的第114号元素有相当稳定的同位素,恰处在不稳定核素的海洋中浮起的一群较稳定核素的岛屿的中心。问：114号元素是第几周期第几族元素？它的可能氧化态？1-38 若推导基态原子电子组态的构造原理对未合成的重元素仍然适合,请问：第8周期的最后一个元素的原子序数多大？请写出它的基态原子的电子组态。38、第8周期的最后一个元素的原子序数为：148。 电子组态：8S26P61-39 若我们所在的世界不是三维的而是二维的,元素周期系将变成什么样子？39、二维化的周期表可叫宝塔式或滴水钟式周期表。这种周期表的优点是能够十分清楚地看到元素周期系是如何由于核外电子能级的增多而螺旋发展的,缺点是每个横列不是一个周期,纵列元素的相互关系不容易看清。1-40 1869年门捷列夫发现元素周期律时预言了一些当时尚未发现的元素的存在,类铝就是其中之一,1879年,门氏的预言的类铝被发现。当时他已知：Ca与 Ti 的熔点分别为1110K1941K ,沸点分别为1757K3560K ,密度分别为 1.55g/m3 4.50 g/m3 ,试预言在周期表中处于钙-钛之间的类铝熔沸点和密度,并与现代数据对比。40、类铝熔点在1110K1941K之间,沸点在17573560K之间,密度在1.55g/m3 4.50 g/m3之间。1-41若核外电子的每个空间运动状态只能容纳一个电子,试问：仍按构造原理的41号元素的最高氧化态和最低氧化态？41、最高氧化态+3,最低氧化态-5。1-42 某元素的基态价层电子构型为5d26s2 ,请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。 1- 43某元素的价电子为 4s24p4 ,问：它的最外层次外层的电子数；它的可能氧化态,它在周期表中的位置周期族区,它的基态原子的未成对电子数,它的氢化物的立体结构。1-44 某元素基态原子最外层为5s2,最高氧化态为+4 ,它位于周期表哪个区？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代替它的元素符号,写出相对应氧化物的化学式。1-45 Na+ , Mg2+, Al3+ 的半径为什么越来越小？Na, K, Rb, Cs 的半径为什么越来越大？1-46 周期系从上到下从左到右原子半径呈现什么变化规律。主族元素与副族元素的变化规律是否相同？为什么？1-47周期系中哪一个元素的电负性最大？哪一个元素的电负性最小？周期系从左到右和从上到下的电负性变化呈现什么规律？为什么？1-48 马立肯电负性的计算式表明电负性的物理意义是什么？1-49 试计算FONH 的阿莱-罗周电负性,并与泡林电负性对照。1-50 哪些元素的最高氧化态比它在周期表内的族序数高？1-51 金属是否有负氧化态？1-52 周期系从上到下从左到右元素的氧化态稳定性有什么规律？1-53 什么叫惰性电子对效应？它对元素的性质有何影响？1-54 阅读中国大百科全书光盘第3盘化学部分中的条目化学史原子结构周期律。1-55 试一试,会不会查阅英国化学会网站上的周期表：:/chemsoc.org/viselements/pages1-56 打开 :/webelements 网站,下载一张周期表,点击表上的几个元素,获取这些元素的最新相对原子质量同位素宇宙地壳海洋人体中的丰度等数据。/period.html,翻动网页至Alternate styles for the Periodic Table 点击其中下标 Giguere 的图标,观察一张会旋转的三维周期表。仔细考察这张周期表的结构和特点。你是否也能制作一张新的活的周期表？注：此网页上附有大量有关元素周期系和元素周期表的文献以及可在网上浏览的周期表。1-58 登录:/iupac.org/ 搜索atomic weights ,查阅近5年修正了哪些元素的相对原子质量,并修正本书附表的相应数据。第二章分子结构1、解：O=O ； H-O-O-H 14e-； C=O ；0=C=O；Cl-N-Cl；FS 2-1 画出 O2H2O2CO2CO NCl3SF4 的路易斯结构式。不要忘记标出孤对电子和分子的总电子数！- F F F 2-2 画出硫酸根各共振体的结构式。2、解：共13种,如：2-3 键可由s-s s-p 和p-p 原子轨道头碰头重叠构建而成,试讨论LiH气体分子HClCl2 分子里的键分别属于哪一种？2-4 N2分子里有几个 键？它们的电子云在取向上存在什么关系？用图形描述之。2-5用VSEPR 模型讨论CO2H2ONH3CO32-PO3-PO43- 的分子模型,画出它们的立体结构,用短横代表分子的. 键骨架,标明分子构型的几何图形名称。2-6讨论上题列举的分子或离子的中心原子的杂化类型。2-7图2-13中的丙烷分子中的所有化学键都是单键 键,因而可以自由旋转,试问：丙烷分子处在同一个平面上的原子最多可以达几个？若你不能在纸面上讨论,或不敢确认自己的结论,请用立体分子模型莱讨论用黏土和木棍搭模型最省钱；搭模型有助于更好地掌握立体结构知识；但用模型讨论完后仍要在纸面上画图描述。2-8图2-13中的C10H10 叫金刚烷,它的衍生物金刚胺是抗病毒药物。请问：金刚烷分子里有几个六元环？这些六元环都相同吗？试设想,把金刚烷分子装进一个空的立方体里,分子的次甲基-CH2-上的碳原子位于立方体面心位置,分子中的-CH- 基团的碳原子将处在什么立方体的什么位置？金刚烷中的氢原子各取什么方向？在解题或搭模型时不要忘记借用杂化轨道的概念。2-9 借助VSEPR模型杂化轨道模型.键与 键大 .键以及等电子体概念,讨论OF2ClF3SOCl2XeF2SF6PCl5 的分子结构。2-10 有一种叫做丁三烯的平面分子,请根据其名称画出路易斯结构式,标明分子的价电子数,再讨论分子中碳原子的杂化轨道碳碳键的键角. 键或大 . 键的取向,用图形来解题。2-11实验证明,臭氧离子O3- 的键角为100 ,试用VSEPR 模型解释之。并推测其中心氧原子的杂化轨道类型。2-12 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？试用分子轨道模型解释之。2-13 O2+O2O2- 和 O22- 的实测键长越来越长,试用分子轨道理论解释之。其中哪几种有顺磁性？为什么？2-14 试用分子轨道模型作出预言,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？2-15计算表明,CO NO 的分子轨道能级图中的 . 轨道和 .轨道的顺序跟 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。2-16为什么大 . 键中的电子数达到轨道数的2倍,整个大 . 键就会崩溃？2-17偶极矩的 SI 制单位为 C.m ,有的教材已经用10-30 C.m 代替 D 作为键矩和分子偶极矩的单位,其数值的数量级与用德拜为单位是相同的,但数值却不同,为免相混,请计算 D 与10-30 C.m 的换算系数。2-18 NF3和 NH3的偶极矩表2-4 相差很大,试从它们的组成和结构的差异分析原因。2-19 C2H2 的偶极矩等于零,而通式相同的 H2O2 的偶极矩等于2.1D ,大于H2O 的偶极矩1.85D,试根据偶极矩的实测结果推测C2H2 和 H2O2的分子立体结构。2-20 二氯乙烯有3种同分异构体,其中一种偶极矩等于零,另两种偶极矩不等于另。试推测他们的分子结构,作出必要的解释,并再结构式下标示偶极矩大小的顺序。2-21图2-50所示分子的实测偶极矩为1.5D ,已知 C-S 键的键矩为 0.9D ,试推测该分子的可能立体结构。2-22水的偶极矩为1.85D ,已知 H-O 键的键矩为1.51D ,H2O 的实测键角为104.5 ,借助矢量加和法由H-O 键矩计算水分子偶极矩。2-23一氧化碳分子与醛酮的羰基C=O相比,键能较大,键长较小,偶极矩则小得多,且方向相反,试从结构角度作出解释。2-24 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,其分子间得范德华力各如何构成？为什么？2-25考察表2-5中HClHBrHI 的色散力取向力诱导力以及它们构成的范德华力的顺序,并作出解释。2-26 元素的范德华半径随周期系从上到下从左到右有何变化规律？2-27 从表2-6可见,氟化氢分子之间的氢键键能比水分子之间的键能强,为什么水的熔沸点反而比氟化氢的熔沸点低？2-28 为什么邻羟基苯甲酸的熔点比间羟基苯甲酸或对羟基苯甲酸的熔点低？28、解：邻羟基苯甲酸分子内形成氢键,间羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸分子间形成氢键。2-29 温度接近沸点时,乙酸蒸气的实测分子量明显高于用原子量和乙酸化学式计算出来的分子量。为什么？乙醛会不会也有这种现象？29、解：部分气态乙酸分子因氢键而缔合成CH3COOH2,乙醛分子没有形成氢键的条件。2-30根据对称性的概念,以下哪些分子有手性,哪些分子有极性？S8 N4S4 CH3-CH3 H2O2 非平面结构CHCl=CHCl C6H6 HNO3 H2SO4 SO3 HOCl 。30、手性：CHCl=CHClC6H6 极性：H2O2 非平面结构HNO3SO3HOCl2-31 阅读Linus Pauling Peter Pauling .Chemistry .W. H.Freeman and Company,1975,180 181 ,613 节。回答如下问题：什么叫电中性原理？怎样用电中性原理解释HCN 和 N2O 分子中原子的排列形式？2-32阅读Linus Pauling Peter Pauling .Chemistry .W. H.Freeman and Company,1975,174 178 ,612节。回答如下问题：怎样用 A 和B 的电负性差估算AB 键的离子性百分数？怎样用电负性差估算反应热？2-33 在计算机上使用ACD/Chemsketch程序画甲烷 乙烷 丙烷乙烯乙炔立方烷 金刚烷 C60等分子的立体结构图棍棒式球棍式球式等,并使其旋转该程序可从网站:/acdlabs/download/下载,是免费程序。2-34 分别用ACD/Chemsketch程序画联萘和2,2-二甲基-1,1-联萘的立体结构图,使其旋转,观察这两个分子的碳原子是否都在一个平面上,对观察的结果作适当的理论解释。这两种分子是否手性？为什么？2-35 打开如下网页 :/wbaileynet/wldchem/models/index/htm,用鼠标点击 ,出现它的结构式,用鼠标点住ClO2,使其旋转；按住shift键同时用鼠标拉动该结构,观察图形的放大或缩小；再按住control动该结构使其移动位置,最后,用鼠标点住该分子,观察结构式下面的表格中显示该分子的键角此键角数值与用VSEPR预言有何差别？回到complete list中选其他VSEPR 模型的分子,用同样操作考察分子的立体结构和参数。第三章 晶体结构3-1给出金刚石晶胞中各原子的坐标。1解：0,0,0;1/4,1/4,1/4;3/4,1/4,3/4;3/4,3/4,1/4;1/4,3/4,3/4或 0,0,0;3/4,1/4,1/4;3/4,3/4,1/4；1/4,1/4,3/4；3/4,3/4,3/4。3-2 给出黄铜矿晶胞图3-48中各种原子离子的坐标。2解：Cu 0,0,0;1/2,1/2,1/2;0,1/2,1/4;1/2,0,3/4。Fe 1/2,1/2,0;1/2,0,1/4;0,0,1/2;0,1/2,3/4。S 3/4,1/4,1/8;1/4,3/4,1/8;1/4,1/4,3/8;3/4,3/4,3/8;3/4,1/4,5/8;1/4,3/4,5/8;1/4,3/4,5/8;1/4,1/4,7/8;3/4,3/4,7/8。3-3 亚硝酸钠和红金石TiO2哪个是体心晶胞图3-49？为什么？3解：亚硝酸钠是体心晶胞,金红石是素晶胞。3-4黄铜矿晶胞图3-48是不是体心晶胞？4解：是体心晶胞。考虑方法如：体心铜原子与顶角铜原子周围的氧原子的方向相同,而且氧原子上例如体心铜原子左下前的氧原子与右上前顶角铜原子对比连接的铁原子的方向也相同注意：顶角原子是完全等同的,因此,体心原子可与任一顶角原子对比。3-5白钨矿晶体图3-50是素晶胞还是体心晶胞？说明理由。5解：是体心晶胞。3-6碳酸氢钠晶胞的投影如图3-51所示,请问：平均每个晶胞含有几个相当于化学式 NaHCO3 的原子集合代号：Z？6解：平均每个晶胞含有4个相当于化学式 NaHCO3 的原子集合。3-7推算典型离子晶体的各种堆积-填隙模型的堆积球和填隙球的半径比。7解：见表3-7。3-8 在闪锌矿和萤石的四面体配位多面体模型中除存在四面体外还存在什么多面体？在后者的中心是否有原子？8解：八面体。没有原子。3-9图3-52由黑白两色甲壳虫构成。如果黑白两色没有区别,每个点阵点代表几个甲壳虫？如果黑白两色有区别,一个点阵点代表几个甲壳虫？前者得到什么布拉维点阵型式,后者又得到什么布拉维点阵型式？9解：前者1个甲壳虫1个点阵点,二维菱形单位；后者2个甲壳虫1个点阵点,二维面心立方。3-10 图3-53是一种分子晶体的二维结构,问：每个点阵点所代表的结构基元由几个分子组成？图中给出的点阵单位每个平均含几个点阵点？含几个分子？10解：每个点阵点代表6个分子。点阵单位含1个点阵点,6个分子。3-11晶体学中的点阵单位并非只有布拉维单位一种,例如有一个叫 Volonoi 的人给出了另一种点阵单位,获得这种点阵单位的方法是：以一个点阵点为原点向它周围所有相邻的点作一连线,通过每一连线的中点作一个垂直于该连线的面,这些面相交得到一个封闭的多面体,就是Volonoi 点阵单位。请通过操作给出下列三维布拉维点阵单位的相应 Volonoi 点阵单位：1立方素单位；2立方体心单位。11、解：一种具体的晶体究竟属于哪一种布拉维点阵型式,是由它的微观对称性决定的,晶体学家把这样确定的点阵型式称为晶体的正当点阵型式,然而,一个晶体结构的测定步骤是倒过来的,首先是确定晶体的点阵型式,然后再确定它的阵点的化学和几何内容。3-12 你想知道能带理论如何解释固体的颜色吗？例如：为什么金 银 铜铁 锡的颜色各不相同？为什么愚人金有金的光泽？为什么 ZnS闪锌矿呈白色 HgS朱砂呈红色而PbS方铅矿呈黑色？天然的金刚石为什么有蓝红黄绿色而并非全呈无色？请阅读：拿骚.颜色的物理和化学.科学出版社,1991,168 182注：费密能的定义在166页上。请通过阅读测试一下自己的知识和能力,以调整自己的学习方法预定目标与学习计划安排。最好阅读后写一篇小文主题任选。12、解：金属键的另一种理论是能带理论。能带理论是分子轨道理论的扩展,要点有：1能带中的分子轨道在能量上是连续的。2按能带填充电子的情况不同,可把能带分为满带、空带和导带三类。3能带和能带之间存在能量的间隙,简称带隙,又称禁带宽度。4能带理论能够对金属导电进行解释。5能带理论是一种既能解释导体,又能解释半导体和绝缘体性质的理论。6由此可见,按照能带理论,带隙的大小对固体物质的性质至关重要。3-13二层三层为一周期的金属原子二维密置层的三维垛积模型只是最简单的当然也就是最基本的金属堆积模型。利用以下符号体系可以判断四层五层为一周期的密置层垛积模型是二层垛积和三层垛积的混合：当指定层上下层的符号ABC相同时,该指定层用h 表示,当指定层上下层的符号不相同时,该指定层用c 表示。用此符号体系考察二层垛积,得到hhhhhh ,可称为 垛积,用以考察三层垛积时,得到cccccc,可称为 c 堆积。请问：四层五层为一周期的垛积属于什么垛积型？为什么说它们是二层垛积和三层垛积的混合？注： h 是六方hexagonal 的第一个字母；c 是立方cubic 的第一个字母。13解：四面垛积是hchchch,即hc垛积型,说明六方垛积和立方垛积各占50%；五层垛积是hhccchhccchhccc,即hhccc垛积型,说明六方垛积和立方垛积分别占2/5和3/5。3-14温度足够高时,某些合金晶体中的不同原子将变的不可区分,Cu3Au 晶体中各原子坐标上铜原子和金原子可以随机地出现。问：此时,该合金晶胞是什么晶胞？14解：面心立方晶胞。3-15 温度升得足够高时,会使某些分子晶体中原有一定取向的分子或者分子中的某些基团发生自由旋转。假设干冰晶体中的二氧化碳分子能够无限制地以碳原子为中心自由旋转,问：原先的素立方晶胞将转化为什么晶胞？15解：面心立方晶胞。3-16试在金属密堆积的面心立方晶胞的透视图上画出一个二维密堆积层,数一数,在该密堆积层上每个原子周围有几个原子,在该原子的上下层又分别有几个原子？参考3-5416解：6；3。参考图解如图3-53。3-17找一找,在六方最密堆积的晶胞里,四面体空隙和八面体空隙在哪里？已知纤维锌矿ZnS的堆积填隙模型为硫离子作六方最密堆积,锌离子作四面体填隙,请根据以上信息画出其晶胞。17解：见：周公度.结构和物性.高等教育出版社,1993,2742933-18有一种典型离子晶体结构叫做ReO3 型,立方晶胞,Re6+ 的坐标为0,0,0；O2- 的坐标为0,1/2,0；1/2,0,0；0,0,1/2。请问：这种晶体结构中,铼的配位数为多少？氧离子构成什么多面体？如何连接？18解：Re的配位数为6；八面体；全部以顶角相连。3-19 实验测得金属钛为六方最密堆积结构,晶胞参数为a=295.0,c=468.6pm ,试求钛的原子半径和密度。19、解：晶胞体积：V=abcsin120=295.0295.0468.60.86610-24= 3.5310-16密度：=47.8672/6.0210233.5310-16=4.5g/cm-33-20实验测得金属铂的原子半径为 138.7pm ,密度为21.45g/cm3 ,试问：假设铂取面心立方最密堆积晶体结构,将从X衍射图谱算出的晶胞参数多大？20解：事实为a=392.3pm。3-21金属密堆积结构晶体学测定的实验数据是测定阿伏加德罗数的重要实验方法,试给出计算方程。21、解：体心立方堆积空间占有率=/a3= 68.02%简单立方堆积空间占有率=4/3a/23/a3=/6100%= 52.36%球的空间占有率=24/3a/23/a21.633asin120= 74.05%3-22 Shannon给出的6配位Na+ 的有效半径为102pm ,假设NaH 取NaCl 结构型, H-离子互切,Na+ 与 H- 也正好互切,求H- 的6 配位半径。22解：142pm。3-23假设复合金属氟化物M M F3 取钙钛矿结构,而且氟离子正好互切,已知氟离子的半径为133pm,问：填入空隙的M 和M 分别不超过多少 pm,才能维持氟离子的相切关系？将在X 衍射图谱中得到多大晶胞参数的立体晶胞？某研究工作实际得到CsEuF3 晶胞参数为 477pm,该实验数据意味着什么结构特征？23解：a=2r+2r;a1/2=2r+2r=4r；故：a=376pm;r55.0pm;r133pm。实际得到的晶胞参数远大于氟离子,该晶体结构型中氟离子并不相切,可以适当远离仍不破坏结构。3-24根据表3-4的数据判断,若氧化镁晶体取氧原子面心立方堆积,镁离子将填入氧离子堆积形成的什么空隙中去？所得晶胞是素晶胞还是复晶胞？氧离子核间距因镁离子填隙将扩大多少？预计该晶体的晶胞参数多大？24、解：将填入氧离子堆积形成的六方最密堆积中,复晶胞,r=Cn/,r为离子半径,Cn 取决于主量子数n的参数,Z为核电荷,叫屏蔽常数,Z-为有效核电荷。3-25根据卤化铜的半径数据,卤化铜应取NaCl 晶体构型,而事实上却取ZnS 型,这表明卤离子与铜离子之间的化学键有什么特色？为什么？25解：预计卤化铜取NaCl结构的前提是其中的化学键是100%的离子键,即只考虑几何制约关系,事实上卤化铜取ZnS型,配位数下降,表明卤离子与铜离子之间的化学键有明显的共价键成分,换言之,键型是除几何因素外另一个离子晶体结构制约因素。3-26据最新报道二氧化碳在40GPa 的高压下也能形成类似二氧化硅的原子晶体Science,1999,283；1510,从第3-4节给出的干冰晶胞图如何理解二氧化碳晶体结构转化的压力条件？26解：从图上可见,在高压下相邻分子的氧原子与碳原子将接近到可以成键,于是就将使二氧化碳分子的双键打开。放马后炮,二氧化碳在高压下出现原子晶体是很符合逻辑的,可惜在这则报道前并没有很多人想去尝试。这说明,并非知识越多创造性越高。3-27图3-38中用虚线画的晶胞是方解石的正当晶胞,试考察,该晶胞里有几个碳酸根离子,几个钙离子？求一个晶胞的内容物相当于化学式的倍数Z=？。27解：Z=2。3-28已知电石CaC2的晶体结构是NaCl 晶体结构的相关型,而且C22- 离子的取向是一致的,晶胞的剖面图如图3-55,试问：电石晶胞是14种布拉维晶胞中的哪一种？画出其晶胞图并作出说明。已知 NaCN 也是NaCl 结构相关型,请问：其中的原子排列将出现什么新问题？28解：电石是体心四方晶胞。c轴与c22-长轴方向一致图略。对NaCN,将出现CN-离子的长轴取向或者说头尾是否一致的新问题。3-29金刚石晶体中的碳原子为什么为什么不是最密堆积？29解：金刚石是原子晶体,其结构的主要制约因素是共价键的方向性和饱和性,因金刚石中的碳原子取sp3杂化轨道,故具有四面体配位结构。3-30 晶体结构中的化学单元与结构基元两个概念是否同一？举例说明它们的异同。在过去的教科书里常有晶格结点一词,你认为它是不是指晶体结构中的结构单元？为什么？30解：晶格接点不是晶体学术语,没有确切的意义。它经常不是指晶体微观空间中的结构基元,例如常见到在书上说,干冰的结构结点是CO2分子,但干冰的结构结点是4个CO2分子的集合,不是一个分子。又例如,常见到书上说,NaCl晶体的晶格结点是单独的Na+和Cl-,它们晶格结点之间的作用力是离子键。但晶体的结构基元是一对Na+Cl-离子,结构基元内就有离子键。所以,最好放弃晶格结点这样一个不确切的概念。3-31学了本章后再阅读高中物理第三册中的点阵概念,你认为应对它作什么修改？31解：点阵是结构基元的抽象,抽象后原子就隐去不见了,说将原子核连接起来得到点阵网络或格子容易造成误解。3-32有人说,晶体中的晶格网络骨架就是化学键骨架,你同意这种说法吗？32解：不同意这种说法。例如NaCl的网络确实是离子键,但例如金刚石的共价键没有一根在面心立方格子上。3-33有人说,点阵不必一定与网络或格子相联系,这种说法对吗？为什么？33解：这种说法是对的,因为点阵是结构基元的抽象,将每个结构基元抽象成一个点,只要点在结构基元里同一个位置上即可,并不一定要划格子或网络。再说,没有格子或网络也不影响考虑点阵的对称性。3-34你认为晶胞概念和点阵单位概念有何异同？34、解：晶体是由无数肉眼看不见的,形状 、大小、取向相同的微小几何体堆积而成的,这种观念发展成晶胞的概念。把二维点阵的所有点阵用平行的直线连接起来,可以把点阵分割成许许多多无隙并置的平行四边形构成的格子或者网络,得到的格子的每一个平行四边形平均只含一个点阵,称为点阵单位。3-35试研究：单斜晶系当b 角不等于 90时 ,不应有B 底心晶胞,因为它可以转化为素单斜晶胞。3-36课文里谈到,金刚烷熔点很高,文献又报道,金刚烷在常温常压下是一种易挥发的固体。请问：这两个事实是否矛盾？为什么？36解：不矛盾。金刚烷为非极性分子,分子间力不大,熔点高是因球型而致紧密堆积,分子几乎相切,空隙很小。发挥性高则是固体表面分子因分子间力小容易脱离固体而逃逸。3-37到网站:/un2sg4.unige.ch/athena/mineral 去下载几种你熟悉的矿物的晶体照片。3-38登录网站:/jcrystal/steffenweber/gallery/structure Types/st1.html 观察本章曾讨论过的一些晶体的晶胞图。观察旋转的单晶图,点击图下的标号晶体可看到更多晶体外形。第4章 酸碱平衡4-1以下哪些物种是酸碱质子理论的酸,哪些是碱,哪些具有酸碱两性？请分别写出它们的共轭碱和酸。SO42- ,S2- ,H2PO4- ,NH3 ,HSO4- ,Al5OH2+ ,CO32- ,NH4+ ,H2S,H2O,OH- ,H3O+ ,HS- , HPO42-4-1为什么 pH = 7 并不总是表明水溶液是中性的。4-2本章表示电解质及其电离产物的浓度有两种,一种如 c、c,另一种如HAc, NH4+等,它们的意义有何不同？什么情况下电离平衡常数的表达式中可以用诸如c,c等代替诸如 HAc ,NH4+等？有的书上没有诸如c、c这样的浓度符号,遇到浓度时一律用诸如 HAc、NH4+等来表示,这样做有可能出现什么混乱？4-3苯甲酸可用弱酸的通式 HA 表示,相对分子质量122的酸常数Ka = 6.410-5 ,试求：1中和1.22g苯甲酸需用0.4 molL-1 的 NaOH 溶液多少毫升？2求其共轭碱的碱常数Kb 。3已知苯甲酸在水中的溶解度为2.06 gL-1 ,求饱和溶液的pH 。4-5 计算下列各种溶液的 pH ：110mL 5.010-3 molL-1 的 NaOH 。210mL 0.40 molL-1 HCl 与 10mL 0.10 molL-1 NaOH 的混合溶液。310mL 0.2 molL-1 NH3H2O 与10mL 0.1 molL-1 HCl的混合溶液。410mL 0.2 molL-1 HAc 与 10mL 0.2 molL-1 NH4Cl 的混合溶液。4-6 把下列溶液的 pH 换算成 H+ ：1牛奶的PH=6.52柠檬汁的PH=2.33葡萄酒的PH=3.34啤酒的PH=4.54-7 把下列溶液的 H+ 换算 pH ：1某人胃液的 H+ =4.010-2 molL-1 。2人体血液的 H+ =4.010-8 molL-1 。3食醋的 H+ =1.2610-3 molL-1 。4番茄汁的 H+ =3.210-4 molL-1 。4-8 25标准压力下的 CO2 气体在水中的溶解度为0.034 molL-1 ,求溶液的 pH 和CO32- 。4-9 将 15g P2O5 溶于热水,稀释至 750mL ,设 P2O5 全部转化为 H3PO4 ,计算溶液的 H+H2PO4-HPO42-和PO43- 。4-10某弱酸 HA, 0.015 molL-1 时电离度为0.80%,浓度为 0.10 molL-1 时电离度多大？4-11计算0.100 molL-1 Na2CO3溶液的PH和CO32-以及 HCO3-碱式电离的电离度。4-12某未知浓度的一元弱酸用未知浓度的NaOH 滴定,当用去3.26 mL NaOH 时,混合溶液的pH=4.00 ,当用去18.30 mL NaOH时,混合溶液的pH=5.00 ,求该弱酸的电离常数。4-13缓冲溶液HAc-Ac- 的总浓度为1.0 molL-1 ,当溶液的pH 为:14.0；25.0时,HAc 和Ac- 的浓度分别多大？4-14欲配制PH=5.0 的缓冲溶液,需称取多少克NaAc 3H2O 固体溶解在300 mL 0.5 mol L-1 的HAc溶液中？4-15某含杂质的一元碱样品0.5000g已知该碱的分子量为59.1,用 0.1000 molL-1 HCl滴定,需用 75.00mL；在滴定过程中,加入49.00mL 酸时,溶液的 PH为 10.65 。求该碱的电离常数和样品的纯度。4-16将Na2CO3 和 NaHCO3 混合物 30g 配成1L 溶液,测得溶液的 PH=10.62 ,计算溶液含Na2CO3 和 NaHCO3 各多少克。4-17将5.7g Na2CO310H2O 溶解于水配成100ml纯碱溶液,求溶液中碳酸根离子的平衡浓度和PH 。4-18在0.10 molL-1 Na3PO4 溶液中,PO43- 和 PH 多大？4-19计算 10mL浓度为0.30 molL-1 的HAc 和 20mL 浓度为0.15 molL-1 HCN 混合得到的溶液中的H+Ac-CN- 。4-20今有3种酸 ClCH2COOH、HCOOH 和 2AsO2H ,它们的电离常数分别为 1.4010-3、 1.7710-4和6.4010-7 ,试问：1配制 PH=3.50 的缓冲溶液选用哪种酸最好？2需要多少毫升浓度为4.0 molL-1 的酸 和多少克NaOH 才能配成1L 共轭酸碱对的总浓度为1.0 molL-1 的缓冲溶液。4-21计算下列反应的平衡常数,并指出其中哪些是酸或碱的电离反应 。c1HCO3- + OH- CO32- + H2O2HCO3- + H3O+ H2CO3 + H2O3CO32- + 2H3O+ H2CO3 + 2H2O4HPO42 + H2O H3O+ + PO43-5HPO42 + H2O H2PO4- + OH-6HAc + CO32- HCO3- + Ac-7HSO3- + OH- SO32-+ H2O8H2SO3 + SO32- 2HSO3-4-22分别计算下列混合溶液的PH：1 50.0mL 0.200 molL-1 NH4Cl和50.0 mL 0.200 molL-1 NaOH 。2 50.0mL 0.200 molL-1 NH4Cl和25.0 mL 0.200 molL-1 NaOH 。 3 25.0mL 0.200 molL-1 NH4Cl和50.0 mL 0.200 molL-1 NaOH 。4 20.0mL 1.00 molL-1 H2C2O4 和30.0 mL 1.00 molL-1 NaOH 。 4-23在烧杯中盛有0.2molL-1 20mL 乳酸分子式HC3H5O3 ,常用符号HLac 表示,酸常数为Ka=1.410-4 ,向该烧杯逐步加入0.20molL-1 NaOH 溶液,试计算：（1） 未加 NaOH 溶液前溶液的PH。（2） 加入10.0ml NaOH 后溶液的PH。3 加入20.0ml NaOH 后溶液的PH。4 加入30.0ml NaOH 后溶液的PH。第五章 化学热力学基础5-1从手册查出常用试剂浓盐酸 浓硫酸 浓硝酸浓氨水的密度和质量分数,计算它们的体积物质的量浓度c和质量摩尔浓度m。5-2从手册查出常温下的饱和水蒸气压,计算当相对湿度为40%时,水蒸气压多大。5-3化学实验事中经常用蒸馏水冲洗已用自来水洗净的烧杯。设洗后烧杯内残留水为1ml,试计算,用30ml蒸馏水洗一次和洗两次,烧杯中残留的自来水的浓度分别多大？5-4计算 15 ,97kPa下15g氯气的体积。5-5 20 ,97kPa下0.842g 某气体的体积为0.400 L ,求该气体的摩尔质量。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60 kPa ,求氯化汞蒸汽的摩尔质量和化学式。5-7 在1000 和 97kPa 下测得硫蒸汽的密度为0.5977 g.L-1 ,求硫蒸气的摩尔质量和化学式。5-8 在25 时将相同压力的5.0 L 氮气和15 L 氧气压缩到一个10.0 L 的真空容器中,测得混合气体的总压为150 kPa ,1求两种气体的初始压力；2求混合气体中氮和氧的分压；3将温度上升到 210 ,容器的总压。5-9在25 , 1.47MPa 下把氨气通入容积为1.00 L 刚性壁容器中,在350 下催化剂使部分氨分解为氮气和氢气,测得总压为 5MPa ,求氨的解离度和各组分的摩尔分数和分压。5-10 某乙烯和足量的氢气的混合气体的总压为 6930Pa ,在铂催化剂催化下发生如下反应： C2H4 +H2 = C2H6 反应结束时温度降至原温度后测得总压为4530Pa 。求原混合气体中乙烯的摩尔分数。5-11以下哪些关系式是正确的 p、V、n 无下标时表示混合气体的总压、总体积和总的物质的量？说明理由。pVB = nBRT pBV = nBRT pBVB = nRT pV = nRT 5-12以下系统内各有几个相？（1） 水溶性蛋白质的水溶液；2氢氧混合气体；3盐酸与铁块发生反应的系统4超临界状态的水。5-13 10g水在 373K 和100kPa 下汽化,所做的功多大？设水蒸气为理想气体5-14反应CaC2 + 2H2O =Ca2 + C2H2在 298K 下的标准摩尔热力学能变化量为-128 kJ.mol-1 。求该反应的标准摩尔焓变。5-15 人类登月使用的阿波罗火箭的第一级火箭使用了550 吨煤油在2.5min内与氧气发生燃烧产生巨大推力。以C12H26l为煤油的平均分子式的燃烧热为-7513 kJ.mol-1 ,试计算这个燃烧发应的功率。5-16已知Al2O3 和MnO2 的标准摩尔生成焓为-1676 kJ.mol-1 和 -521 kJ.mol-1 ,计算1g铝与足量MnO2反应铝热法产生的热量。5-17已知Cl-aq的标准摩尔生成焓为-167.5 kJ.mol-1 ,计算1 mol HCl 溶于足量的水释放多少热？注计算得到的值为氯化氢的熔解热；HCl的标准摩尔生成焓可从本书附表中查获。假设水量的多少与水合反应的程度无关事实上是有关的,因此的数值通常设定为无限稀释。5-18用标准摩尔生成焓的数据计算SiF4 与足量H2O 反应生成 SiO2 和HF 的摩尔反应焓。5-19利用本书附表与下列数据计算石灰岩以 CaCO3 方解石计被 CO2 溶解发育成 喀斯特地形的如下反应的标准摩尔生成焓：CaCO3 + CO2+ H2O=Ca2+ +2HCO3- fHm/ kJ.mol-1: Ca2+ -543.0 HCO3- -691.15-20火柴头中的P4S3的标准摩尔燃烧热为-3677 kJ.mol-1 注：燃烧产物为 P4O10和SO2,利用本书附表的数据计算P4S3的标准摩尔生成焓。5-21诺贝尔Alfred Nobel 1833-1896 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：4C3H53 =6N2 + 10H20 + 12CO2 +O2已知C3H53的标准摩尔生成焓为-355 kJ.mol-1 ,计算爆炸反应的标准摩尔反应焓。5-22生石灰的水化反应放出的热足以将纸张着火或鸡蛋煮熟。试利用本书附表的数据计算500g1市斤生石灰s与足量的水生成熟石灰s放出的热注：可忽略溶解反应。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,已知葡萄糖C6H12O6的标准摩尔生成焓为-1272 kJ.mol-1 ,利用本书附表的数据计算它的燃烧热。5-24经测定,葡萄糖完全氧化反应：C6H12O6+6 O2 =6CO2 +H2O的标准摩尔反应自由能为-2840 kJ.mol-1 ,试查出产物的标准生成自由能,计算葡萄糖的标准摩尔生成自由能。将所得数据与上题的生成焓数据做比较。5-25已知N2、NO 和O2 的解离焓分别为 941.7 kJ.mol-1 、631.8 kJ.mol-1 和493.7 kJ.mol-1,仅利用这些数据判断NO 在常温常压下能不能自发分解。5-26 预计下列反应是熵增反应还是熵减反应？不能预计的通过标准熵进行计算。（1） 葡萄糖燃烧；2乙炔燃烧；3碳酸氢钠分解；4铁丝燃烧；5甲烷与水蒸气反应生成水煤气steam gas-CO与H2 的混合气；6甲烷和氧气反应生成合成气syngas-CO 和H2的混合气体。5-27查