第12章 氮族,碳族和硼族习题解
更新时间:2023-10-08 15:51:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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第12章 氮族,碳族和硼族
思考题解析
1.NH4NO3,(NH4)2Cr2O7属于具有氧化性酸的铵盐,它们的分解产物是氮气或氮的氧化物而不是氨;NH4HCO3在常温下即可分解,产物虽有氨气,但同时还有CO2。 NH4NO3→NO2↑+2H2O↑ 或2NH4NO3→2N2↑+O2↑+4H2O↑ (NH4)2Cr2O7→N2↑+Cr2O3+4H2O↑ NH4HCO3→NH3↑+CO2↑+H2O
2.(1) 4NH3(g) + 5O2 (g) → 4NO(g) + 6H2O(g) ?fGm?/(kJ?mol-1) -16.45 0 86.55 -228.572 ?rGm?=[4×(86.55)+6×(-228.572)-4×(-16.45)]kJ?mol-1 =-959.43 kJ?mol-1
因?rGm?<0,故该反应在常温下可以自发进行。
(2) 4NH3(g) + 5O2 (g) → 4NO(g) + 6H2O(g) ?fHm?/(kJ?mol-1) -46.11 0 90.25 -241.818 Sm?/(J?mol-1?K-1) 192.45 205.138 210.761 188.825 ?rHm?=[4×90.25+6×(-241.818)-4×(-46.11)] kJ?mol-1 =-905.47 kJ?mol-1
?rSm?=[(4×210.761+6×188.825)-(4×192.45+5×205.138)] J?mol-1?K-1 =180.50 J?mol-1?K-1
因为?rHm?<0,?rSm?>0,温度升高不会使该反应反向进行,但温度升高可使反应速率加快,所以生产上一般选择反应温度在800℃左右。 3
金属与浓稀硝酸反应产物不同,可能是由于存在下列平衡:
3NO2+H2O
NO+2HNO3
可以看出:硝酸浓度越小,平衡越向左移动,则氮(V)被还原的程度越大;也有认为浓硝酸可进一步氧化低氧化数的还原产物,所以这与浓稀硝酸的氧化能力强弱并不矛盾。衡量氧化剂氧化能力,应该从同一还原剂被氧化程度来衡量,而不应该从氧化剂被还原程度来衡量。
4.(1)NH4HCO3→NH3↑+CO2↑+H2O 除此之外,NH4HCO3易于吸潮结块。 (2)3Cl2+2NH3→N2↑+6HCl↑ 产生的HCl气和浓氨水挥发出的进一步反应产生白烟:
NH3+HCl→NH4Cl 5.(1)Na2HPO4→2Na++HPO42-
HPO42-?H++PO43-
3AgNO3→3NO3-+3Ag+
↓
Ag3PO4↓(黄色) (2)NaH2PO4→Na++H2PO4- H2PO4-?H++HPO42- HPO42-?H++PO43- + 3AgNO3→3NO3-+3Ag+ ↓
Ag3PO4↓(黄色)
由于AgNO3的溶解度比相应酸式盐都小得多,顾平衡均向生成沉淀的方向移动,所以Na2HPO4和NaH2PO4与AgNO3作用都生成黄色沉淀。
沉淀析出后溶液的酸性增强:HPO42+3Ag+→Ag3PO4↓+H+ H2PO4-+3Ag+→Ag3PO4↓+2H+ 6.(1) Na3PO4→3Na++PO43- PO43-+ H2O? HPO42-+OH- Kw? 1.0×10-14
Kh(1)?=-------------------------------------=------------------------=2.1×10-2
-
Ka(3)?(H3PO4) 4.8×10-13
PO43-水解分三步进行。第一步水解是主要的,由于Kh(1)?较大,可推知Na3PO4溶液碱性较强。 (2) Na2HPO4→2Na++HPO42-
HPO42-?H++PO43- Ka(3)?(H3PO4)=4.8×10-13
HPO42-+ H2O? H2PO4-+OH-
Kw? 1.0×10-14
Kh(2)?=-------------------------------------=------------------------=1.6×10-7
-
Ka(2)?(H3PO4) 6.3×10-8
可见Kh(2)?> Ka(3)?(H3PO4) ,即HPO42-水解出来的c(OH-)大于HPO42-解离出来的c(H+),可推知溶液呈弱碱性。
(3) NaH2PO4→Na++H2PO4-
H2PO4-?H++HPO42- Ka(2)?(H3PO4)=6.3×10-8 H2PO4-+ H2O? H3PO4+OH-
Kw? 1.0×10-14
Kh(3)?=-------------------------------------=------------------------=1.4×10-12
-
Ka(1)?(H3PO4) 7.1×10-3
可见, Kh(3)?> Ka(2)?(H3PO4),即H3PO4水解出来的c(OH-)大于H2PO4-解离出来的c(H+),可推知溶液呈弱酸性。
7.通过NaOH(s)。因为固体NaOH只吸收NH3中水分,没有化学反应发生。而浓H2SO4,CaCl2,P4O10与NH3气发生发应。
H2SO4+2NH3→(NH4)2SO4 CaCl2+8NH3→CaCl2?6NH3 P4O10+12NH3+6H2O→4(NH4)3PO4
8. 2CO(g) + 2NO(g) → 2CO2(g) + N2(g) ?fGm?/(kJ?mol-1) -137.168 86.55 -394.359 0
?rGm?=[2×(-394.359 )-2×(-137.168)-2×86.55]kJ?mol-1 =-687.5 kJ?mol-1
因?rGm??0,故该反应能自发向右进行。从热力学观点看可利用该反应减少汽车废气中的CO和NO对空气的污染。
9.把SbCl3,Bi(NO3)3固体分别溶在少量浓HCl,浓HNO3中再加水冲稀至所需浓度。水解反应式:Sb3++H2O+Cl-→SbOCl↓+2H+ Bi3++H2O+NO3-→BiONO3↓+2H+
10.NH4+的鉴定:在溶液中加入强碱并加热。反应式为:NH4++OH-→NH3↑+H2O使红色石蕊试纸变蓝; NO2-的鉴定:在溶液中加入强酸。反应式为:2HNO2?N2O3+H2O?NO↑+NO2↑+H2O;
NO3-的鉴定:用棕色环实验鉴定NO3-,即在硝酸盐溶液中加入少量硫酸亚铁晶体,沿试管壁小心加入浓硫酸,在浓硫酸与溶液的界面上会出现“棕色环”,这是由于生成了棕色的配离子[Fe(NO)(H2O)5]2+。反应式为:3Fe2++NO3-+4H+→3Fe3++NO+2H2O
[Fe(H2O)6]2++NO→[Fe(NO)(H2O)5]2++H2O PO43-的鉴定:在溶液中加入硝酸,钼酸铵(NH4)2MoO4。反应式为 PO43-+12MoO42-+24H++3NH4+→(NH4)3PO4?12MoO3?6H2O↓+6H2O 黄色
11.使混合气通过Ca(OH)2溶液,CO2即与Ca(OH)2作用并生成CaCO3白色沉淀:
CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O
12.先把SnCl2固体溶在少量浓盐酸中,待完全溶解后再加水稀释至所需浓度,最后加一些Sn粒。因为易发生水解反应:SnCl2+H2O→Sn(OH)Cl↓+HCl 加盐酸可抑制水解。
又因为SnCl2具有还原性,易被空气中氧气氧化,反应式为:2Sn2++O2+4H+→2Sn4++2H2O为保证SnCl2的纯度,需加入Sn粒,反应式为:Sn4++Sn→2Sn2+
13.只能用干法制备无水AlCl3。反应式为:2Al+3Cl2→2AlCl3或AlCl3+3C+3Cl2→2AlCl3+3CO不能用加热方法制取AlCl3.
14.CO32-的鉴定:在溶液中加入强酸,产生CO2,将气体通入饱和溶液中,溶液出现浑浊。反应式为CO32-+2H+→CO2↑+H2O
CO2+Ca(OH)2→CaCO3↓+H2O 白色
SiO32-的鉴定:在溶液中加入NH4Cl,有沉淀生成和氨气放出。反应式为:SiO32-+2NH4++2H2O→H2SiO3↓+2NH3?H2O ↓
2NH3↑+2H2O
Sn2+的鉴定:在溶液中加入HgCl2。反应式为2HgCl2+SnCl2→Hg2Cl2↓+SnCl4 白色 Hg2Cl2+SnCl2→2Hg↓+SnCl4 黑色 Pb2+的鉴定:在溶液中加入K2CrO4。反应式为Pb2++CrO42-→PbCrO4↓ 黄色
15. SiO2(s) + 2C(s) → Si (s) + 2CO2 ?fHm?/(kJ?mol-1) -903.49 0 0 -110.525 Sm?/(J?mol-1?K-1) 46.9 5.740 18.83 197.674 ?fGm?/(kJ?mol-1) -850.70 0 0 -137.168 ?rHm?=[2×(-110.525)-(-903.49)] kJ?mol-1 =682.44kJ?mol-1
?rSm?=[(18.83+2×197.674)-(46.9+2×5.740)] J?mol-1?K-1 =355.80 J?mol-1?K-1 ?rGm?=[2×(-137.168 )- (-850.70)]kJ?mol-1 =576.36kJ?mol-1
因?rGm?>0,故常温下该反应不能自发向右进行。由于该反应的?rHm?>0,?rSm?>0,根据
?rGm?=?rHm?-T?rSm?,当某高温时,使T?rSm?>?rHm?,即?rGm?<0,则反应就可向右进行。
习题解析
1.(1)NH4Cl→NH3↑+HCl↑ (NH4)2SO4→NH3↑+NH4HSO4 (NH4)2Cr2O7→Cr2O3+N2↑+4H2O (2)2KNO3→2KNO2+O2↑ 2Cu(NO3)2→2CuO+4NO2↑+O2↑ 2AgNO3→2Ag++2NO2↑+O2↑
2.(1)5NO2-+2MnO4-+6H+→5NO3-+2Mn2++3H2O 3NO2-+Cr2O72-+8H+→3NO3-+2Cr 3++4H2O (2)2NO2-+2I-+4H+→2NO↑+I2+2H2O (3)HNO2+NH3→N2↑+2H2O 3(1)
NH4Cl(NH4)SO4BaCl2无现象产生白色沉淀(BaSO4)
(2)
NH4Cl(NH4)SO4BaCl2无现象产生白色沉淀(BaSO4)
(3)
AsCl3SbCl3BiCl3H2S产生黄色沉淀(As2S3)产生橙红色沉淀(Sb2S3)产生黑色沉淀(Bi2S3)
4.(1)S+2HNO3(浓)→H2SO4+2NO↑?
(2)4Zn+10HNO3(很稀)→4Zn(NO3)2+NH4NO3+3H2O (3)3CuS+8HNO3→3Cu(NO3)2+3S↓+2NO↑+4H2O (4)PCl5+4H2O→H3PO4+5HCl (5)2AsO33-+3H2S+6H+→As2S3↓+6H2O (6)AsO43-+2I-+5H+→H3AsO3+I2+H2O
(7)5NaBiO3+2Mn2++14H+→2MnO4-+5Bi3++5Na++7H2O (8)Sb2S3+3S2-→2SbS33-
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