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1、第8章 元素化学(1)例8-4为什么把CO2通人Ba(OH)2溶液时有白色沉淀,而把CO2通人BaCl2溶液时没有沉淀产生?解:CO2通入水中生成H2CO3或,它们在溶液中存在着解离平衡:H+,当遇到Ba(OH)2解离出的时,H+ 和反应,使平衡向解离方向移动,从而使溶液中的浓度增大,生成BaCO3沉淀。而在BaCl2溶液中,无法生成大量的,故不能生成BaCO3沉淀。例8-5商品NaOH中常含有Na2CO3,怎样用简单的方法加以检验?解:先将样品溶于水,再往溶液中加入BaCl2溶液,若有白色沉淀(BaCO3)生成,则表明商品NaOH中有Na2CO3;否则表明NaOH中无Na2CO3。例8-6B
2、a(OH)2、Mg(OH)2、MgCO3都是白色粉末,如何用简单的实验区别之。解:(1)将三种物质分别加水溶解,能溶于水的是Ba(OH)2。(2)往不溶于水的两种物质中分别加入HCl,有气体产生的是MgCO3,无气体产生的是Mg(OH)2。例8-7中和盐酸可用Na2CO3代替NaOH,试计算用多少克Na2CO3 10H2O来代替80gNaOH?解:80gNaOH的量为:80/40=2(mol)用Na2CO3代替NaOH时,有2NaOH Na2CO32 1所以需1mol Na2CO3代替2mol NaOH。所需Na2CO310H2O的质量为:2861=286(g)例8-8.把含有CaCO3的石灰
3、石0.2g溶于盐酸中,在标准状况下,放出40mlCO2,求此石灰石中CaCO3的纯度。解:CO2的量为:CaCO3质量=1.78610-3100=0.1786(g)石灰石中CaCO3的百分率为:(0.1786/0.2) 100%=89.3%例8-9如何从结构上理解碱土金属碳酸盐的热稳定性不如碱金属碳酸盐?解:见书第二节最后一段。例8-10锂、钠、钾、铷、铯,在空气中燃烧各生成何种氧化物,它们与水将各发生什么反应?解:它们在空气中燃烧分别形成:Li2O,Na2O2,KO2,RbO2,CsO2Li2O + H2O =2LiOH2 Na2O2 +2H2O = 4 NaOH + O24 KO2 + 2
4、H2O = 4 KOH + 3O24 RbO2 + 2H2O = 4 RbOH + 3O24 CsO2 + 2H2O = 4CsOH + 3O2例8-11.某天然水样中,含有110-3molL-1的Ca2+离子和210-4molL-1的Mg2+离子,此水样的总硬度是多少ppm?解: 110-3 mol的Ca2+相当于1mmol CaCO3,210-4mol的Mg2+相当于0.2mmol CaCO3。总硬度为:(1+0.2) 100=120(ppm)例8-12某澄清水样50ml中,加入1molL-1的硝酸溶液lml和O.1molL-1硝酸银溶液lml,没有出现白色沉淀,计算此水样中含Cl-离子的
5、最高浓度。解:Ag+=0.0019(molL-1)Cl-=9.3210-8(molL-1)原始水样中含Cl-的最高量为:=9.6910-8 (molL-1)例8-2试说明为什么在酸性K2Cr2O7溶液中,加入Pb2+,生成了黄色的PbCrO4沉淀。解:在铬酸钾和重铬酸钾的谁溶液中,都存在CrO42-和Cr2O72-离子的平衡 除加酸、碱可使这个平衡发生移动外,加入Pb2+或Ba2+等,由于生成了溶度积较小的铬酸盐而析出,也使平衡向右移动。所以向酸性K2Cr2O7溶液中,加入Pb2+析出的是PbCrO4沉淀。例8-3. 解释下列现象,并写出相应的化学反应方程式: (1) 在K2Cr2O7饱和溶液
6、中,加入浓H2SO4,并加热到200时发现,溶液的颜色变黄绿色。经检测,反应开始时,溶液中并无任何还原性物质。 (2) 在MnCl2溶液中,加入适量HNO3,再加NaBiO3后,溶液出现紫红色,但又迅速消失。解:(1) K2Cr2O7与浓H2SO4作用生成CrO3,而CrO3受热超过196时,即分解为Cr2O3和O2, Cr2O3又与H2SO4作用生成Cr3+,Cr3+的水合离子呈绿色,主要反应如下:2K2Cr2O7+ 2H2SO4 = 2K2SO4 + 2H2Cr2O72H2Cr2O7 = CrO3 + 2H2O4CrO3 = Cr2O3+3O22Cr2O3 + 6H2SO4 = 2Cr2(
7、SO4)3 + 6H2O总反应式: 2K2Cr2O7 + 8H2SO4 =2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 3O2+ 8H2O(2) 紫红色出现是由于发生下列反应:2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ = 2MnO4- +5Bi3+ + 5Na+ + 7H2O当溶液中有Cl-存在,紫红色的MnO4-出现后,可能与Cl-反应,MnO4-被还原为Mn2+(近无色)。另外当Mn2+过多或NaBiO3过少,生成MnO4-可能与Mn2+反应生成MnO2,有关反应如下:2MnO4- + 10Cl- + 16H+ = 2Mn2+ + 5Cl2+ 8H2O2MnO4-+ 3Mn2+ + 2H
8、2O = 5MnO2 + 4H+例8-4根据下列数据,计算水合Hg22+离子歧化反应的平衡常数。说明Hg22+(aq)在什么条件下会歧化。 已知: E = 0.857V E= 0.793V解: 根据上述电极电势可求得# Hg2+Hg22+ = 0.92v, Hg22+歧化反应为Hg22+ Hg2+ + Hg上式可分解为两个电极反应式: E 0.92v 负极 E= 0.793v 正极 平衡常数KK 值很小,说明离子歧化程度很小,但可创造条件使其歧化,这就是使其生成沉淀或配合物,如Hg22+ + S2- = HgS+ Hg Hg22+ + 2CN- = Hg(CN)2 + HgHg22+ + 4I
9、 - = HgI42- + Hg例8-5Co(NH3)63+和Cl-能共存于同一溶液中,而Co3+和C1-却不能共存于同一溶液中。试根据有关数据解释上述现象。解: 查表得 E= 0.1v E= 1.84v E= 1.36v由上面列出的半反应的#值可以看出,Co(NH3)63+不能氧化Cl-, Co3+能将Cl- 氧化为Cl2故前者共存于同一溶液中,后者不能。例8-6在Cu2+、Ag+、Cd2+、Hg22+、Hg2+ 溶液中分别加入适量NaOH溶液,将各有什么物质生成?写出有关离子反应方程式。解: Cu2+ + 2OH- = Cu(OH)2(兰色) Cu(OH)2 + 2OH- = Cu(OH)
10、42-(NaOH过量)2Ag+2OH- = Ag2O+H2OCd2+2OH- = Cd(OH)2(白色) Cd(OH)2 +2OH- = Cd(OH)42-(很难) Hg22+ +2OH- = Hg2O+H2OHg2O = HgO+HgHg2+ +2OH- = HgO+H2O例8-7铁能使Cu2+离子还原,铜能使Fe3+ 离子还原,二者有无矛盾?如何理解铁比铜活泼?解:先将有关电极电势列出 E= 0.34v E= -0.4025v E= 0.77v 当Fe使Cu2+还原时,发生下列反应, Fe + Cu2+Cu+ Fe2+ ,从上述有关电极电势可以看出,Fe是较强的还原剂,Cu2+是较强的氧化
11、剂,因此反应可正向进行。同样,Cu使Fe3+还原,其反应式为2Fe3+Cu2Fe2+ + Cu2+,反应正向进行时为Fe3+较强的氧化剂,Cu为较强的还原剂,从上面的有关电极电势也可证明这一点。由于式电势小于式,故处于还原态的Fe和Cu相比,Fe的还原性较Cu强,即Fe比Cu活泼。例8-9为什么Fe (+3)盐溶液中加入Na2CO3可放出CO2,而Fe (+2)盐溶液中加入Na2CO3 则不产生CO2?解:因为Fe3+的半径为60pm,有较大的电荷半径比,因此有较高的正电场,在水溶液中明显水解,在Na2CO3溶液中生成Ksp很小的Fe(OH)3沉淀,放出CO2。而Fe2+盐在水中微弱水解,与N
12、a2CO3反应生成FeCO3,不产生CO2气体,其反应式如下:Fe3+ +3Na2CO3+3H2O = 2Fe(OH)3+6Na+ +3CO2 Fe3+CO32-= FeCO3(白色)例8 -9在Ag+离子溶液中,加入少量 Cr2O72-,再加入足够的S2O32-,估计每一步有什么现象出现?写出有关离子反应方程式。解:第一步有砖红色Ag2CrO4沉淀析出4Ag+ +Cr2O72-+H2O2Ag2CrO4+2H+第二步Ag2CrO4转化为白色的AgCl沉淀Ag2CrO4+ 2Cl-AgCl+ CrO42-第三步AgCl溶于过量的Na2S2O3溶液中,生成Ag (S2O3)23-,因而使AgCl白
13、色沉淀溶解AgCl +2S2O32- = Ag (S2O3)23- + Cl-例8 -11在什么介质中,锌表现出较强的还原性质,为什么?解:在碱性介质中,被Zn氧化为,Zn2+与过量的OH-又生成,从而使Zn2+浓度下降,于是的电极电势变得比酸性介质中更小,故还原性更强。#Zn2+/Zn = -0.76v #Zn(OH)42-/Zn = -1.22v例8 -12在Fe2+,Co2+,Ni2+的溶液中,分别加入足量NaOH,在无CO2的空气中放置后,各有什么变化?写出反应方程式。解:Fe2+、Co2+、Ni2+与NaOH反应生成相应的氢氧化物。Fe(OH)2很快被空气中的氧所氧化,由白色变成灰绿
14、色,最后变成红棕色Fe(OH)3。Co(OH)2也能被空气中的氧所氧化成Co(OH)3,但较慢,颜色由粉红变成褐色。Ni(OH)2为苹果绿,不被空气中氧所氧化。Fe2+2OH- = Fe(OH)2 (白色) 4 Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3(红棕色)Co2+2OH- = Co(OH)2(粉红色)4Co(OH)2+O2+2H2O = 4Co(OH)3(褐色)Ni2+2OH- = Ni(OH)2(苹果绿)例8 -13在HgCl2和Hg2Cl2溶液中,分别加入氨水,各有什么产物生成?写出反应方程式。解:HgCl2+2NH3 = NH2HgCl(白色)+NH4ClHg2Cl2+2NH3NH2Hg2ClNH2Hg2ClNH2HgCl+Hg(黑色)例8 -14. 完成并配平下列反应方程式:(1)Hg2+ +4I-(过量) (2)Ag2S十HNO3(浓) (3)K2Cr2O7+H2C2O4+H2SO4(4)Fe3+ +H2S解:(1) (2) 3Ag2S+8HNO3(浓) 6AgNO3+3S+2NO+4H2O(3)K2Cr2O7+3H2C2O4 = 4H2SO4+ K2SO4+Cr2(SO4)3+6CO2+7H2O(4)Fe3+H2S = Fe2+ + S+2H+