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1、第14章 氧族元素习题答案1比较氧元素和硫元素成键特点，简要说明原因。解：氧元素与硫元素相比，各自有一些成键特点：（1）键解离能自身形成单键时，键解离能O-O（142 kJmol-1） Se-Se（172 kJmol-1）；与电负性较大、价电子数目较多的元素的原子成键时，O-F（190 kJmol-1） S-F（326 kJmol-1），O-Cl （205 kJmol-1） S-C（272 kJmol-1），O-H （467 kJmol-1） S-H（374 kJmol-1）。显然，由于成键后价层电子密度不至于过大，O-C和O-H原子轨道更有效的重叠和能量更相近起着主导作用。双键解离能O=O
2、(493.59 kJmol-1 ) S=S (427.7 kJmol-1)，这说明以2p-2p原子轨道形成强的键是第二周期元素的特征，因为根据电子云径向分布函数图，2p-2p原子轨道有效重叠优于3p-3p，后者离核较近的部分基本不参与互相重叠，如教材图14.1所示。在同族元素中，硫原子半径适中，S-S单键的键能最大（参阅教材表14.1），硫原子形成单键后，剩余的价电子可用于继续互相形成单键，故可以形成硫链，此特性不但表现在单质中，同时也呈现在一系列多硫化物（教材14.3.3）中。（2）化学键类型多数氧化物为离子型，而硫化物多数为共价型，仅IA、IIA化合物Na2S、BaS等为离子型。这显然与氧
3、元素电负性、而硫元素电负性小于氧有关。（3）配位数由于氧元素原子只有4个价轨道（2s、2px、2py、2pz），故其最大配位数是4；而第三周期元素S最大配位数是6（如SF6），说明S原子有两个3d轨道可以被用于形成配位键。2比较氧、臭氧和过氧化氢的分子结构和氧化-还原性质。解：氧分子结构：O2的分子轨道式为，氧分子中OO的成键为1s + 2 。 臭氧分子结构：分子呈V形，中心氧原子作sp2杂化，与两个端基氧原子形成共价单键，同时三个氧原子之间形成键，如下图： 过氧化氢的分子结构：气态H2O2分子结构如下图所示，分子形状如同双折线，置于一本打开的书中，两个O原子均作sp3不等性杂化，互相之间成单
4、键，并各与一个H原子形成单键。分子中含过氧键 （OO）。液态和固态过氧化氢由于分子之间氢键的作用，键长和键角有所改变。氧的化学性质主要是氧化性和配位性。臭氧的化学性质主要是分解和强氧化性。过氧化氢的化学性质主要是弱酸性、分解、氧化性和还原性。3写出下列物质的化学式和结构式：硫酸二聚体，海波，焦硫酸钾，过二硫酸钾，保险粉，亚硫酸钠。解：硫酸二聚体(H2SO4)2 海波（硫代硫酸钠）Na2S2O35H2O，焦硫酸钾K2S2O7，过二硫酸钾K2S2O8， 保险粉（连二亚硫酸钠）Na2S2O42H2O， 亚硫酸钠Na2SO3，4空气通过“负离子发生器”时，产生可以使空气清新的负离子。试分析这些负离子的
5、组成、结构和杀菌、使空气清新的机理。解：空气通过“负离子发生器”时，其中的氧气分子可获得1个电子或2个电子，生成超氧离子O2- 和过氧离子O22-：O2的分子轨道式，；的分子轨道式，；的分子轨道式，。与O2分子相比，超氧离子O2- 和过氧离子O22-的键级减小，其O-O键更容易断开，因此显示比O2更强的氧化性，空气中的H2S、CO、SO2等还原性气体可被它们氧化，细菌也因其强氧化作用而被杀死。故负离子发生器可以使空气清新。5试提出处理含CN-工业废液的3种方法，说明原理，并写出有关反应的化学方程式。解：利用O3 (g)、Cl2(aq)或H2O2(aq)的氧化性和CN-的还原性，可以用O3 (g
6、)、Cl2(aq)或H2O2(aq) 处理含CN-工业废液。有关反应的化学方程式：CN-(aq) + O3(g) = OCN-(aq) + O2(g)2OCN-(aq) + 3O3(g) = CO32-(aq) + CO2(g) + N2(g) + 3O2(g)2CN-(aq) + 5Cl2(aq) + 8OH-(aq) =2CO2(g) + N2(g) + 10Cl-(aq) + 4H2O(l)CN-(aq) + H2O2(aq) = OCN-(aq) + H2O(aq)2OCN-(aq) + 2H2O2(aq) = 2CO2(g) + N2(g) + 2H2O(l) 此外，根据Fe 2+与
7、CN-配位，生成稳定、低毒的Fe(CN)64-配合物的原理，可以用FeSO4处理含CN-工业废液：Fe2+(aq) + 6CN-(aq) = Fe(CN)64-(aq)6简要回答以下问题：（1）氧元素可形成过氧键（-O-O-），硫元素却可形成多硫链-S-(S)x-S-，x = 0 16为什么？（2）如何除去混入氢气中的少量SO2和H2S气体？（3）如何除去混入空气中的少量氯气？（4）如何除去混入氮气中的少量氧气？（5）可否用浓硫酸干燥H2S气体？（6）室温下，可用铁、铝容器盛放浓硫酸，却不可盛放稀硫酸，为什么？解：（1）见第1题解答。（2）把此混合气体通过NaOH溶液，除去SO2和H2S气体：
8、SO2(g) + 2OH-(aq) = SO32-(aq) + H2O(l)H2S(g) + 2OH-(aq) = S2-(aq) + 2H2O(l)（3）把此混合气体通过热的NaOH溶液，除去Cl2(g)：Cl2(g) + 2OH-(aq) ClO-(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) 或通过热的Na2S2O3溶液，除去Cl2(g)：4Cl2(g) + S2O32-(aq) + 5H2O(l) 2HSO4-(aq) + 8Cl-(aq) + 8H+(aq)（4）把此混合气体通过管道中的炽热的铜丝，除去O2(g)：Cu(s)+ O2(g) 2CuO(s) 或通过“保险粉”连二亚硫酸钠
9、溶液，除去O2(g)：Na2S2O4(aq) + O2(g) + H2O(l) = NaHSO4(aq) + NaH SO3(aq)（5）不可用浓硫酸干燥H2S气体，因为浓硫酸回把H2S氧化为S。（6）冷的浓硫酸与铁、铝等金属作用会在金属表面生成一层致密的保护膜，而使金属不继续与酸反应，称为“钝化”，所以可用铁、铝容器（或陶瓷容器）盛放浓硫酸。但是，铁、铝会与稀硫酸反应，析出氢气，故不可用铁、铝容器盛放稀硫酸。7试用最简便方法区别下列5种固体盐：Na2S、Na2S2、Na2S2O3、Na2SO3和Na2SO4。解：取这5种盐少许，分别溶解于水，加入盐酸，根据发生的现象，区分它们：有H2S恶臭气
10、味产生、并使Pb(Ac)2试纸变黑者，原试样是Na2S：Na2S + 2HCl = H2S(g) + 2NaClPb(Ac)2 + H2S(g) = PbS(s) + 2HAc有H2S恶臭气味产生同时出现浅黄白色沉淀、并使Pb(Ac)2试纸变黑者，原试样是Na2S2：Na2S2 + 2HCl = H2S(g) + S(s) + 2NaClPb(Ac)2 + H2S(g) = PbS(s) + 2HAc放出无色气体、并使KMnO4溶液褪去紫红色者，原试样是Na2SO3：Na2SO3 + 2HCl = 2NaCl + SO2(g) + H2O2MnO4- + 5SO2(g) + 2H2O = 2M
11、n2+ + 5SO42- + 4H+放出无色气体同时出现浅黄白色沉淀、并使KMnO4溶液褪去紫红色者，原试样是Na2S2O3：Na2S2O3 + 2HCl = 2NaCl + SO2(g) +S(s) + H2O2MnO4- + 5SO2(g) + 2H2O = 2Mn2+ + 5SO42- + 4H+无显著现象者，原试样是Na2SO4。8通H2S(g)于含Co2+和Pb2+各为0.10 mol.dm-3的混合液中至饱和，哪种离子先沉淀？若要完全分离它们，问溶液酸度应控制在什么范围？已知(CoS) = 9.710-21待核对， (PbS) = 8.010-28 解: CoS及PbS是同一组成类
12、型沉淀，可根据Ksp大小判断出现沉淀顺序，显然Ksp小的PbS先沉淀： Pb2+(aq) + H2S(aq) PbS(s) + 2H+(aq) Co2+(aq) + H2S(aq) CoS(s) + 2H+(aq) ，得所以，当Co2+开始生成CoS沉淀时，残存的Pb2+ = 8.210-8 Co2+ = 8.210-8 0.10 = 8.2 10-9 mol.dm-3，可见分离是完全的。 Co2+开始生成CoS沉淀时，S2- = / 0.10 = 9.710-21/ 0.10 = 9.710-20此时溶液的H+可由计算： pH = 2.08即：只要pH 2.08，就不会生成CoS沉淀。在Pb
13、S沉淀完全时（设Pb2+ = 1.0 10-6 mol.dm-3）：pH = -lgH+ = -lg(9.210-2) = 1.04此时， Qi(CoS) = Co2+S2- = 0.10 7.410-21 = 7.410-22 pH 1.04范围内通入H2S(g)，就可以使Pb2+完全沉淀为PbS，而与溶液中的Co2+完全分离。9通过计算反应的平衡常数，说明HgS(s)是否可以溶解在盐酸或氢碘酸中。解： HgS(s) + 2H+(aq) + 4Cl-(aq) HgCl42-(aq) + H2S(aq) (,)所以HgS(s)不溶解在盐酸中。HgS(s) + 2H+(aq) + 4I-(aq)
14、 HgI42-(aq) + H2S(aq) 所以HgS(s)可以被氢碘酸溶解。10通过计算下列反应的平衡常数，说明HgS(s)是否可以溶解在“王水”中：3HgS(s) + 8H+(aq) + 2NO3-(aq) + 12Cl-(aq) = 3HgCl42-(aq) + 3S(s)+ 2NO(g)+ 4H2O(l)(HgS) = 1.010-47，= 1.171015，= 5.710-81.210-15 = 6.810-23（教材上册p.102，例5.11。但附录3数据不同。）， = 0.957 V，= 0.144V 蓝字是上册附录数据！解：3HgS(s) + 8H+(aq) + 2NO3-(aq) + 12Cl-(aq) = 3HgCl42-(aq) + 3S(s)+ 2NO(g)+ 4H2O(l) 其中，是下列氧化还原反应的平衡常数：3H2S(aq) + 2H+(aq) + 2NO
