无机化学第三版下册答案第二十一章第十六章硼族元素习题解答(1)

无机化学习题解答 第十五章 碳族元素

第十六章 硼族元素

1． 下表中给出第二、三周期元素的第一电离能数据（单位kJ·mol?1）试说明B,Al的第

一电离能为什么比左右两元素的都低？ 第二周期 电离能 第三周期 电离能 Li 520 Na 496 Be 900 Mg 738 B 801 Al 578 C 1086 Si 787 N 1402 P 1012 O 1314 S 1000 F 1681 Cl 1251 Ne 2081 Ar 1521 答：因为B，Al元素基态原子的价电子层结构为：ns2np1，最外层np轨道上的一个电子容易失去而形成np0空轨道稳定状态。所以B和Al的I1比左右两元素都低。 2． 在实验室中如何制备乙硼烷，乙硼烷的结构如何？ 答：实验室中制备乙硼烷：

+ 3+

质子置换法： 2BMn + 6H= B2H6 + 2Mn 氢化法： 2BCl3 + 6H2 = B2H6 + 6HCl

氢负离子置换法 3LiAlF4 + 4BF3 或 3NaBH4 + 4BF3C2H6的结构：

HBHHH乙醚2B2H6 + 3LiF +3AlF3

2B2H6 + 3NaBF4

乙醚BHH

氢桥键。

分子中的 2个B原子采取sp杂化，C2H6分子中有4条B-Hσ键，2条 3． 说明三卤化硼和三卤化铝的沸点高低顺序，并指出蒸汽分子的结构。 答：三卤化物的熔沸点顺序见课本P780。

3

三卤化硼的蒸气分子均为单分子，AlF3的蒸气为单分子。而AlCl3的蒸气为二聚分子，

其中Al采取sp杂化。其结构：

3

4． 画出B3N3H6（无机苯）的结构。

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HHNBNBHBHNHH答：

2

2

2

B和N原子都采取sp杂化，分子中有3条N－H σ键（sp－s），3条B―Hσ键（sp

2

2

－s），6条B―Nσ键（sp－sp），一个?6离域键（N原子提供电子对，B原子提供空p轨道）

5．B10H14的结构中有多少种形式的化学键？各有多少个？

答：B10H14有5种化学键：

6

有10条B－H σ键（2C－2e键），2条B－B σ键（2C－2e键），4条－2e键），2条

开口硼桥键（3C-2e键），4条闭合硼桥键（3C-2e键）。

桥键（3C

6．为什么硼酸是一种路易斯酸？硼砂的结构应怎样写法？硼砂水溶液的酸碱性如何？ 答：硼酸为缺电子化合物，是一种 Lewis酸，中心原子B上还有一个空的p轨道，能

－

接受水电离出来的OH提供的电子对，使溶液显酸性：

? H3BO3?H2O?B(OH)?4?H

硼砂的化学式为Na2B2O7·10H2O，结果单元为[B4O5(OH)4]，所以化学式可写为Na B4O5(OH)4·8

3

H2O。其中有2个P4四面体单元，以角顶氧对顶连接（B以sp杂化），还有2个BO3原子团（B

2

以sp杂化）。 H

硼砂水溶液显强碱性。

7．试用化学反应方程式表示从硼砂制备下列各化合物的过程：

（1）H3BO3 (2) BF3 (3) NaBH4

HOBOOOBOBOOBOH2-2－

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答：（1）将硼砂浓溶液与浓硫酸作用后冷却得H3BO3

Na2[B4O5(OH)4]?H2SO4?3H2O?4H3BO3?Na2SO4；

（2）2H3BO3B2O3 + 3H2O

B2O3 + 6HF(aq) （3 2B2O3 + 4NaH 2BF3(g) + 3H2O (HF由CaF2与浓H2SO4制取)

NaBH4 + 3NaBO2

8．怎样从明矾制备(1) 氢氧化铝，（2）硫酸钾，（3）铝酸钾？写出反应式。 答：将明矾KAl(SO4)2 12H2O溶于水，加入适量KOH溶液得到Al(OH)3沉淀；

Al3++3OH-=Al(OH)3?，过滤洗涤得Al(OH)3。

将滤液蒸发浓缩得K2SO4；

使新制备的Al(OH)3与过量KOH反应得无色溶液，蒸发浓缩得NaAlO2 Al(OH)3 + KOH 9．写出下列反应方程式：

（1） 固体碳酸钠同氧化铝一起熔烧，将熔块打碎后投入水中，产生白色乳状沉淀？ （2） 铝和热浓NaOH溶液作用，放出气体；

（3） 铝酸钠溶液中加入氯化铵，有氨气产生，且溶液中有乳白色凝胶状沉淀； （4） 三氟化硼通入碳酸钠溶液中。 答：（1）

Na2CO3 + Al2O3焙烧KAlO2 +2H2O

2NaAlO2 +CO2

NaAlO2 + 2H2O = Al(OH)3↓+ NaOH （2）2Al+2NaOH+2H2O === 2NaAlO2+3H2

（3）Na[Al(OH)4]+NH4Cl === Al(OH)3?+NH3?+NaCl+H2O

（4）8BF3 +3Na2CO3＋ 3H2O = 6NaBF4 +2H3BO3 +3CO2↑

10．在金属活动顺序表中Al在Fe之前，更在Cu之前，但Al比Fe抗腐蚀性强，这是为什么？Cu可以和冷的浓硝酸反应，而Al却不能，这是为什么？

答：因为铝是亲氧元素，其表面容易与空气中的氧或氧化性的酸（如H2SO4，HNO3）所氧化，生成一种致密的氧化膜，不能再与酸反应，除非加热；铁仅能被浓硫酸钝化，但与硝酸反应。所以Al比Fe、Cu更抗腐蚀。

11．硫同铝在高温下反应可得到Al2S3，但在水溶液中Na2S和铝盐作用，却不能生成Al2S3，为什么？试用化学反应方程式表示。

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答：因为Al2S3是弱酸弱碱盐，极易水解，只能干法制得： 2Al + 3SAl2S3

在水溶液中，Na2S与铝盐如Al2(SO4)3反应，生成Al(OH)3沉淀和H2S气体,得不到Al2S3： 2Al3+ + 3S2+6H2O = 2Al(OH)3↓+ 3H2S↑

－

12．讨论氮化硼在结构上和石墨的异同点，在性质上与氮化铝、碳化硅的异同点。

答：BN在结构上与石墨相似，因为BN中B和N均采取sp2杂化。BN和石墨相似有较高的熔点：石墨(3773K) ，BN(3774K)， 在高压70MPa和3000℃时，BN也可以象石墨那样转变为 金刚石结构。

与石墨不同，BN中的?m键是N原子提供电子的。

BNBNNBNBNBmAlN也是原子晶体，和BN有相同的结构，熔点应该比BN低，因为Al的电负性小，Al－N键离子性强，易水解：AlN + 3H2O = Al(OH)3↓ +NH3↑

而BN不水解，只有在与强碱共熔或红热时水解：BN + 3H2O(g) +H3BO3 + NH3 SiC是原子晶体，类似于金刚石的结构，熔点为2973K。SiC能与HF和HNO3的混合物作用。分解温度在3473K以上。

13．说明InCl2为什么式反磁性物质？TlI3为什么不能稳定存在？

答：InCl2是由In和In3构成的氯化物，即InCl2可以写为In[InCL4]，In的价层结构为

＋

＋

（5S25p1），所以In和In3均无成单电子，故InCl2是反磁性的。

＋

＋

TlI3中TI3具有（6s06p0）结构，有保持6S0惰性电对的性质，易夺取I中的电子成为

＋

－

Tl： 2TlI3 = 2TlI + 2I2 ?Ti3?/Ti??1.25v??I2/I??0.535v

从另一个方面看，Tl3电荷高，极化力大，也易使I变形而发生反应（相互极化）。

＋

－

＋

00注意：TlI3中Tl为＋3价，而不是Tl-（＋1）价，不要认为TlI3中有I3。但是I2与TlI可得到TlI3（Tl为＋1价）。 14．已知??= Tl?/Tl? —0.34V，??Tl3?/Tl?= 1.25V，计算??Tl3?/Tl之值，并计算298K时3Tl+(aq)

2Tl + Tl3+(aq)反应的平衡常数。

解：

1.25?0.34 Tl???Tl?????Ti

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?0?Tl3?/Tl＋

2?1.25?1?(0.34)?0.72(v)

2?1＋

3Tl(aq) = 2Tl + Tl3

0E0??0????0.34?1.25??1.59(v) ?Tl/TiTi3?/Ti?0 lgK0?nE?2?(?1.59)??53.7

0.05920.0592 Kθ=5.01×10

－54

所以：反应不能发生，而逆反应可自发进行。

15．Tl(I)的化合物和Ag(I)的化合物有哪些相似形，并说明原因。

答：I+ 和Ag+的半径相似，电荷相同，极化能力相近，因而两者化合物有相似之处；

（1） 化合物的难溶性

TICl和AgCl 均为白色难溶化合物，TI2S，Ag2S均为难溶化合物 （2） TICl和AgCl等卤化物见光易分解 它们也有许多不同之处，如： （1） 氢氧化物稳定性不同

AgOH室温下不稳定，易分解为Ag2O，而TIOH较稳定，TIOH溶液为强碱，与KOH相似。

（2） Ag+易生成稳定配合物，而Tl+不易生成稳定配合物。 （3） Ag+有较强的氧化性，而Tl+有一定的还原性。 （4） 也生成M2S，Tl2S比Ag2S易溶。

（5） 也生成MCl↓，AgCl溶于NH3·H2O，但TlCl不能。 （6） Tl可代替K成矾，而Ag不能。 Tl+可以代替K+成矾，而Ag+则不能。

16．填空： 2 （1） 1 O2 Ga Cl2 HNO3 S 333 4 Na2CO3 5 Ga(OH)4 H2O 7 ?＋

＋

＋

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无机化学习题解答 第十五章 碳族元素

（2） 1 I2 Tl H2SO4 2 CO2 3 OH? 4 HS?5 △ 6 7 △ Cl2 OH 8 9

答（1）1.Ga2O3 2.GaCl3 3.Ga(NO3)3 4. Ga2S3 5.通电 6.OH 7.Ga(OH)3 （2）1.TlI 2.Tl2CO3 3.TlOH 4.Tl2SO4 5. Tl2S 6. Tl2O 7. TlCl 8.Tl2O3 9. TlCl3 17．非金属单质在常温常压下的存在状态有哪些规律？这些非金属单质的结构有哪些特点？

答：非金属元素有22种，由于原子结构不同，在常温常压下，其存在形式不同，归纳起来有以下几种：

第一种：小分子物质。如单原子气体He，Ne……Rn；双原子分子：H2、O2、N2、X2。这两种单质的分子通常为气体，固态时为分子晶体,熔点和沸点都低。

第二种：多原子分子物质。如P4、As4、S8等，通常为固体，熔点和沸点低，但比第一种熔点和沸点高。

第三种：大分子物质。如金刚石、晶态硅、晶态硼等，属于原子晶体，为固态，熔点和沸点相当高，不易挥发。另外，在大分子物质中还有一类层型（混合型）晶体，如石墨。 解释：非金属单质的存在形式与价电子数有关，以N代表价层电子数，则非金属形成共价键数＝8－N，对于H则为2－N：

稀有气体：N＝8，8－N＝0 为单原子分子 ⅦA(卤素) N＝7，8－N＝1 仅形成X－X分子

ⅥA(氧族) N＝6，8－N＝2 O=O，S、Se为

SSe??Cl2 。形成多原子分子，如S8。

ⅤA(氮族)N＝5，8－N＝3 N≡N，而P、As为P4、As4，每个原子形成三条键。 ⅣA(碳族)N＝4，8－N＝4 C，Si以sp3杂化形成四条键，如金刚石、单晶硅。

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