第十七章 碳硅硼.docx
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第十七章碳硅硼
第十七章碳、硅、硼
各节目标:
第一节碳单质及其化合物
1.了解单质碳的结构、同素异形体和性质
2.掌握CO、CO2的结构、性质、制取和用途;碳酸的酸性;碳酸盐的水解性和热稳定性。
第二节硅单质及其化合物
1.掌握单质硅的结构、性质和制取
2.掌握SiO2的结构和性质
3.了解硅酸的酸性;硅酸盐的结构和性质;A型分子筛的结构和实际应用
4.掌握硅烷的制备、热稳定性、还原性和水解性
5.了解卤化硅的制备和性质
第三节锗、锡、铅
1.了解锗、锡、铅单质的性质;氧化物、氢氧化物的酸碱性
2.掌握Sn(Ⅱ)的还原性、水解性和Pb(Ⅳ)的氧化性、Pb(Ⅱ)盐的溶解性,从而掌握高价化合物氧化—还原的变化规律。
习题
一选择题
1.石墨晶体中层与层之间的结合力是()(吴成鉴《无机化学学习指导》)
A.金属健B.共价健C.范德华力D.离子键
2.碳原子之间能形成多重键是因为()(吴成鉴《无机化学学习指导》)
A.碳原子的价电子数为4B.碳原子的成键能力强
C.碳原子的半径小D.碳原子有2p电子
3.下列碳酸盐与碳酸氢盐,热稳定顺序中正确的是()
A.NaHCO3 C.BaCO3 4.下列化合物属于缺电子化合物的是() A.BCl3B.HBF4C.B2O3D.Na[Al(OH)4] 5.碳原子的配位数为4时,它所采取的杂化方式是() (吴成鉴《无机化学学习指导》) A.sp2dB..dsp2C.sp3D.d2sp 6.下列各对物质中,中心原子的轨道杂化类型不同的是() A.CH4和SiH4B.H3O+和NH3C.CH4和 D.CF4和SF4 7.下列含氧酸根中,具有环状结构的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A. B. C. D. 8.下列分子中偶极距不为零的是() A.BCl3B.SiCl4C.PCl5D.SnCl2 9.下列物质中酸性最强的是() A.B(OH)3B.Al(OH)3C.Si(OH)4D.Sn(OH)4 10.下列物质中酸性最强的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.H2SnO3B.Ge(OH)4C.Sn(OH)4D.Ge(OH)2 11.下列各组化合物中,对稳定性判断正确是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.H2CO3>Ca(HCO3)2B.Na2CO3>PbCO3 C.(NH4)2CO3>K2CO3D.Na2SO3>Na2SO4 12.下列化合物中,不水解的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.SiCl4B.CCl4C.BCl3D.PCl5 13.1mol下列物质生成正酸时需要水的mol数最多的是() A.B2O3B.P4O10C.(SO3)3D.N2O5 14.下列物质中还原性最强的是() A.GeH4B.AsH3C.H2SeD.HBr 16.常温下,不能稳定存在的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A. B.SnCl4C.PbCl4D.GeCl4 17.下列氧化物中,氧化性最强的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.SiO2B.GeO2C.SnO2D.Pb2O3 18.下列化合物中不能稳定存在的是() A.SbI3B.PI3C.AlI3D.TlI3 19.下列分子中,几何构型为平面三角形的是() A.BF3B.NH3C.PCl3D.ClF3 20.下列晶体熔化时,需要破坏共价键的是() A.HFB.CuC.KFD.SiO2 21.碳原子的配位数为4时,它所采取的杂化方式是() A.sp2dB.dsp2C.sp3D.d2sp 22.下列分子中,存在多中心键的是() A.BCl3B.SiF4C.CCl4D.CO2 23.价电子数目与价电子数目相等的原子称为()(吴成鉴《无机化学学习指导》) A.缺电子原子B.等电子原子C.等电子体D.缺电子体 二名词解释 1.缺电子原子2.多中心键 3.桥键4.对角线规则 三填空题 1.硅胶的化学组成式;主要性质。 (川师大《无机化学学习指导》) 2.硬度;金刚石单质硅;原因是。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 3蓄电池是的装置。 铅蓄电池的电极材料是.,电解液是。 川师大《无机化学学习指导》) 4向MgCl2溶液中加入Na2CO3溶液,生成的沉淀物是。 (吴成鉴《无机化学学习指导》) 5.将各氧化物写成盐的形式,三氧化铅,四氧化三铅,四氧化三铁。 (川师大《无机化学学习指导》) 6.Pb3O4呈色,俗称,与HNO3作用时,铅有生成,有生成.(吉林大学《无机化学例题与习题》) 7.碳的同素异性体有;分别是。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 8.写出下列化合物的颜色 PbCl2;PbI2;SnS;SnS2;PbS; PbSO4;PbO;Pb2O3。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 9.碳族元素的价电子构型是,所以常见的氧化态为和。 由于,从上到下高价稳定,低价稳定。 10.晶态硅的晶体结构;干冰的化学式。 石英的晶体结构。 水玻璃的化学式。 (川师大《无机化学学习指导》) 四简答题 1.N2和CO是有相同的分子轨道和相似的分子结构,但CO与过渡金属形成配合物能力比N2强得多,请解释原因。 2.不存在BH3而只存在其二聚体B2H6,AlCl3气态时也为双聚体,但BCl3却不能形成二聚体。 请解释原因。 3.H3BO3与H3PO3化学性质相似,为什么H3BO3为一元酸,而H3PO3为二元酸? 4.在温热气候条件下的浅海地区往往发现有厚厚的石灰岩沉积,而在深海地区很少见到。 试用平衡移动原理说明CO2浓度的变化对海洋中碳酸钙的沉积有何影响? 5.两种区别NaHCO3和Na2CO3的方法是? 6.为什么BCl3能强烈水解? 写出水解反应方程式。 五计算题 1.试计算;在293K和101Kpa下,饱和H2CO3溶液的pH值是多少? 2.将含有Na2CO3和NaHCO3的固体混合物60.0g溶于少量水后,稀释到2.00L,测的该溶液的pH值为10.6。 试计算原来混合物中Na2CO3及NaHCO3各多少克? 3.在0.2mol·L-1的Ca2+盐溶液中加入等体积的Na2CO3溶液,将得到什么产物? 若以0.2mol·L-1Cu2+盐代替Ca2+盐产物是什么? 再以0.2mol·L-1的Al3+盐代替Ca2+盐,产物又是什么? 以容度积计算说明。 4.两种气态硼氢化物的化学式和密度ρ如下: BH3在290K和53978Pa时的密度为0.629g·L-1;B2H5在292K和6916Pa时的密度为0.1553g·L-1。 这两种化合物的相对分子质量各是多少? 写出它们的分子式。 5.有人根据下列反应式制备了一些硼烷: 4BF3(g)+3LiAlH4(s)→2B2H6(g)+3LiF(s)+3AlF3(s)若产率为100%,用5gBF3和10.0gLiAlH4反应能得到多少克B2H6? 制备时由于用未经很好干燥的乙醚,有些B2H6与水反应损失了。 B2H6(g)+6H2O(l)→2H3BO3(乙醚)+6H2(g) 有多少B2H6将与0.01g水起反应? 参考答案 一选择题 1.C2.C3.D4.A5.C6.D7.A8.D9.A10.B11.B12.B13.B14.A15.C16.C 17.D18.D19.A20.D21.C23.B二名词解释(略) 三填空题 1.xSiO2.yH2O,干燥剂、吸附剂 2.》碳的半径比硅小,金刚石的碳原子间共价健强。 3.化学能和电解能相互转化。 Pb和PbO2H2SO4溶液 4.Mg2(OH)2CO3 5.Pb(PbO3)、Pb2(PbO4)、Fe(FeO2)2 6.红、铅丹、1/3PbO2、2/3Pb(NO3)2 7.8.白、黄、棕、黄、黑、白、黄、橙黄 9.ns2np2,+4和+2,惰性电子对效应,越来越不。 10.金刚石(原子晶体),CO2,SiO4四面体联结的网状结构,Na2O·xSiO2(或用Na2SiO3表示) 四简答题 1.N2与CO有相同的分子轨道式,原子间都为三重键,互为等电子体。 但两者成键情况不完全相同,N2分子结构: N≡N: ,CO分子结构 ,由于CO分子中O向C有 配键,使C原子周围电子密度增大,另外,C的电负性比N小得多,束缚电子能力弱,给电子对能力强,因此,CO配位能力强。 2.BH3,AlCl3,BCl3都是缺电子化合物,都有形成双聚体的倾向。 BH3由于形成双聚体倾向特别大而以双聚体B2H6形式存在,形成双聚体而解决了缺电子问题,AlCl3气态也以双聚体形式存在。 BCl3中存在 键缓解了其缺电子问题;同时B半径小,Cl-半径大,在B周围容纳4个Cl-,显得拥挤也使BCl3不能形成双聚体。 3.H3BO3为缺电子化合物,O—H键不离解,而是接受水分子中的OH-,释放出H+: 因而为一元酸。 H3PO3的结构式为: 在水中,二羟基(OH)氢可以电离或被置换,而与中心原子P以共价键相连的H不能离解或被置换,因而H3PO3为二元酸。 4.碳灰岩的形成是CaCO3的沉积结果,海水中溶解一定量CO2,因此CaCO3与CO2、H2O之间存在着下列平衡CaCO3(s)+CO2+H2O Ca(HCO3)2(aq)海水中CO2的溶解度升高而较小,随压力的增大而增大,在浅海地区,海水底层压力较小,同时水温较高,因而CO2浓度较小,据平衡移动的原理,上述平衡向生成CaCO3方向移动,因而浅海地区有较多的CaCO3沉淀。 深海地区情况相反,故深海底层沉积的CaCO3很少。 5.⑴NaHCO3(s)加热产生CO2气体,而Na2CO3加热无气体产生。 ⑵NaHCO3的溶液pH值(~8),小于Na2CO3液的pH(~11) 6.∵BCl3为缺电子化合物,有一空轨道可给H2O分子的未配电子对进攻: 第一步水解的产物二氯氢氧化硼继续与水反应,重复配位和取代作用,最后得H3BO3和HCl。 BCl3+3H2O=H3BO3+3HCl 五计算题 1.解: H2CO3的K1=4.30×10-7,K2=5.61×10-11,由于K1/K2>100, 故可按一元酸进行计算: 在293K和101Kpa下,H2CO3饱和溶液的浓度为0.033mol·L-1,c/K1>400, 可利用 pH=-lg(1.19×10-4)=3.92 饱和Na2CO3溶液的pH为3.92。 2.解: 设原有混合物中含xgNa2CO3,则NaHCO3的质量为60.0-xg。 Na2CO3和NaHCO3组成了缓冲溶液,其pH值可用 pH=pK2- =Pk2- 将已知数据代入得 x=44.3g 混合物Na2CO3和NaHCO3的质量分别为: m(Na2CO3)=x=44.3g m(NaHCO3)=60.0-x=15.7g。 3.解: (1)Ksp(CaCO3)=8.7×10-9,Ksp[Ca(OH)2]=6.9×10-3,H2CO3的K2=5.6×10-11。 CO32-在溶液中发生水解反应: CO32-+H2O HCO3-+OH- 溶液中的OH-浓度和CO32-浓度分别为: [OH-]=(Kh1·c)1/2=[(1×10-14×0.1)/(5.6×10-11)]1/2=4.2×10-3mol·L-1 [CO32-]=0.1-4.2×10-3=0.0958mol·L-1 有关离子的浓度乘积为: [Ca2+][OH-]2=0.1×(0.0042)2=1.76×10-6<Ksp[Ca(OH)2] [Ca2+][CO32-]=0.1×0.0958=9.58×10-3>Ksp(CaCO3) 所以,加入Na2CO3后,产生的沉淀物是CaCO3,而不会生成Ca(OH)2沉淀。 (2)查出CuCO3和Cu(OH)2的溶度积常数。 由于[Cu2+][OH-]2>Ksp[Cu(OH)2],[Cu2+][CO32-]>Ksp(CuCO3),可生成Cu(OH)2和CuCO3沉淀,沉淀物是碱式碳酸铜Cu(OH)2·CuCO3。 (3)Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33, [Al3+][OH-]3=0.1×(4.2×10-3)3>Ksp[Al(OH)3],所以生成Al(OH)3沉淀。 4.解: 设化学式为BH3和B2H5的两种气态硼氢化物的分子式分别为(BH3)x和(B2H5)y。 则(BH3)x的摩尔质量为: (1)M=ρRT/P=(0.629×8.314×103×290)/53978=28g·mol-1 BH3的式量为14,则x值为: x=28/14=2 故相对分子质量为28,分子式为B2H6。 (2)(B2H5)y的摩尔质量为: M=(0.1553×8.314×103×292)/6916=54.5g·mol-1 B2H5的式量为27,则y值为: y=54.5/27=2 故相对分子质量为54.5,分子式为B4H10。 5.解: 首先判断哪种反应物过量。 设5gBF3能与xgLiAlH4 发生反应。 则: 4BF3(g)+3LiAlH4(s)→2B2H6(g)+3LiF(s)+3AlF3(s) 4×683×382×28 5xy x=(3×38×5)/(4×68)=2.1g 计算结果表明5gBF3只能与2.1gLiAlH4反应,故LiAlH4 过量,应根据BF3的量进行计算。 设5gBF3跟足量的LiAlH4反应生成ygB2H6。 y=(5×2×28)/(4×68)=1.0g 设有zgB2H6与0.01g水起反应。 B2H6(g)+6H2O(l)→2H3BO3(乙醚)+6H2(g) 286×18 z0.01 z=(28×0.01)/(6×68)=0.003g ∴5gBF3和10.0gLiAlH4反应能得到1.0克B2H6,有0.003gB2H6将与0.01g水起反应。 总体目标: 1.掌握硼单质、氢化物、卤化物和含氧化物的性质、用途和制备方法 2.通过硼及其化合物的结构和性质,掌握缺电子化合物的成键特征 3.掌握铝及其化合物的结构、性质和制备 4..认识铍和铝的相似性 各节目标: 第一节硼单质及其化合物 1.掌握硼单质的结构、化学性质、用途和制备方法 2.掌握乙硼烷、硼酸(H3BO3)、硼砂和三卤化硼的性质、结构和制备方法 3.通过硼及其化合物的结构和性质,掌握缺电子化合物的成键特点和桥键的形成 第二节铝单质及其化合物 1.掌握铝及其化合物的主要性质和AlCl3的结构,了解铝的提取和冶炼 2.认识铍和铝的相似性,如金属单质、无水卤化物、水合卤化物、氢氧化物 第三节镓、铟、铊 了解镓、铟、铊单质及其重要化合物的性质 习题 一、选择题 ⒈下列有关硼、铝性质的叙述,错误的是() A.都是缺电子原子B.B(OH)3是弱酸,Al(OH)3是两性偏碱性 C.其三卤化物分子都是平面三角形结构D.都是亲氧元素 ⒉在下列a—Al2O3的制备方法中,不妥的是() A.灼烧Al(OH)3B.灼烧Al(NO3)3 C.高温电解Al2(SO4)3D.金属铝在氧中燃烧 ⒊下列铝的化合物不能用湿法制得的是() A.Al2(CO3)3B.Al2(SO4)3C.AlCl3D.Al(Ac)3 4.以下矿物中含有铝的是() A.冰晶石B.孔雀石C.白云石D.方铅矿 5.下列化合物属于缺电子化合物的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.BCL3B.H[BF4]C.B2O3D.Na[Al(OH)4] 6.在硼的化合物中,硼原子的最高配位数不超过4,这是因为() A.硼原子半径小B.配位原子半径大 C.硼与配位原子电负性差小D.硼原子无价层d轨道 7.下列关于BF3的叙述中,正确的是() A.BF3易形成二聚体B.BF3为离子化合物 C.BF3为路易斯酸D.BF3常温下为液体 8.下列金属单质中,熔点最低的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.CuB.ZnC.NaD.Ga 9.下列化合物中,熔点最低的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.BCl3B.CCl4C.SiCl4D.SnCl4 10.下列物质中水解并能放出H2的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.B2H6B.N2H4C.NH3D.PH3 11.下列化合物中不能稳定存在的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.SbI3B.PI3C.AlI3D.TiI3 12.下列含氧酸中属于一元酸的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.H3AsO3B.H3BO3C.H3PO3D.H2CO3 13.下列物质中,酸性最弱的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A..H3PO3B.H2SC.H3BO3D.H5IO6 14.下列金属中,与硝酸反应得到产物的氧化数最低是() A.InB.TlC.FeD.Bi 15.下列金属中,氧化能力最强的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.NO2B.SO3C.B2O3D.Tl2O3 16.下列分子中,偶极矩最小的是()(吉林大学《无机化学例题与习题》) A.B2H6B.SO2C.NCl3D.SF4 17.下列化合物中,氧化性与惰性电子对效应有关的是() A.I2O5B.Tl2O3C.Mn2O7D.CrO3 18.与NaCO3溶液反应生成碱式盐沉淀的离子是() A.Al3+B.Ba2+C.Cu2+D.Hg2+ 19.氧化性最强的是() A.Al2O3B.Ga2O3C.In2O3D.Tl2O3 20.水解性最强的是() A.AlCl3B.AlBr3C.NaClD.KNO3 21.下列物质熔点最高的是() A.单质硼B.金属铝C.金属镓D.AlCl3 22.用电解法制备金属铅时,在Al2O3中加入Na3AlF6的作用是() A.使Al2O3的熔化温度降低B.作为原料 C.防止金属铝氧化D.加快反应速度 23.下列关于乙硼烷的叙述中,不正确的是() A.它是缺电子化合物B.围绕B—B键可自由旋转 C.分子中存在三中心二电子氢桥键D.它最终水解产物是氢气和硼酸 24.硼酸与多元醇反应,生成配位酸,使其酸性() A.减弱B.增强C.不变D.变化不定 二、填空题 1.最简单的硼氢化合物是,B原子的杂化方式为;由于它属于化合物,B与B存在碱。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 2.AlCl3·6H2O加热后,产物是。 3.由于铝,所以它不溶于水。 由于铝,所以它不与浓硝酸反应。 铝与氢氧化钠溶液作用生成和。 4.GaCl2是磁性物质,结构式应写成 5.硼砂的化学式为,其为元碱。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 6.写出用稀硝酸处理金属铊的反应方程式。 7.写出向KI溶液中加入TlCl3溶液的反应方程式。 8.无机苯的化学式为,其结构为,与的结构相似。 9.硼酸为状晶体,硼酸分子之间以键结合,层与层之间以结 合,故硼酸晶体具有性,可作为剂。 10.放在手中能够融化的金属有,以液相存在的温度范围最大的是。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 11.硼酸与乙醇生成硼酸三乙酯的化学式,其火焰为色,以此可以鉴 定硼酸。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 12.B2O3与金属氧化物共熔生成的硼珠有特征的颜色,称为硼珠试验,如CoO的硼珠Co(BO2)2为深蓝色,则CuO的硼珠为色,MnO的硼珠为色,NiO的硼珠为色,Cr2O3的硼珠为色,Fe2O3的硼珠为色。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 13.判断: ⑴化合物的热稳定性Ga2O3Tl2O3 ⑵化学活泼性a—Al2O3r—Al2O3 ⑶酸性Al(OH)3Ga(OH)3 ⑷酸性溶液中,氧化性Ga2O3Tl2O3 ⑸In+和Tl+在水中歧化的是 14AlCl3在气态或CCl4溶液中是体,其中有桥键。 15.Ga3+与F-配位时形成,与Cl-配位时形成。 三、简答题 TlOH易溶而TlCl难溶;(吉林大学《无机化学例题与习题》) BCl3的沸点比AlCl3低(吉林大学《无机化学例题与习题》) CuCl2顺磁性而InCl2为逆磁性。 (吉林大学《无机化学例题与习题》) 1.4.铝和硼有哪些相同和不同的性质? 5.⑴就铝盐和铝酸盐的生成和性质作一简单扼要的比较。 ⑵就Al2Cl6和B2H6的结构作一比较。 6.根据铝在酸性或碱性时的标准电极电势说明: (1)铝在酸、水、碱中溶解的可 能性,以便确定铝在这些溶液中的稳定性。 (2)实际上铝不溶于水中,但能溶于 NH4Cl或Na2CO3的溶液中。 四、计算题 ⒈在铝盐溶液中滴加碱溶液,并充分搅拌,当刚有Al(OH)3沉淀生成时,溶液中Al3+离子浓度为0.36mol/L,问开始沉淀时溶液的pH值为多少? (已知Ksp[Al(OH)3]=1.9×10-33)? 2.求饱和Al(OH)3水溶液的pH值。 (Ksp[Al(OH)3]=1.3×10-33) 3.在pH=10时,要使0.10M铝盐溶液不生成Al(OH)3沉淀,NaF浓度至少需要多大? 参考答案 一、选择题 1.C2.C3.A4.A5.A6.D7.C8.D9.A10A11.D12.B13.C14.B15.D16.A17.B18.C19.D20.A21A22.A23.B24.B 二、填空题 1、乙硼烷,sp3,缺电子,三中心二电子氢桥健。 2.Al(OH)Cl2+HCl。 3.表面有一层致密氧化膜覆盖,能被浓硝酸钝化,Na[Al(OH4)],H2 4.逆,Ga[GaCl4] 5.Na2B4O7.10H2O二 6..3Tl+4HNO3(稀)===3TlNO3+NO↑+2H2O 7.TlCl3+3KI===TlI↓+I2+3KCl 9.片,氢,分子间力,理解,润滑 10.Cs和Ga 11.(C2H5O)3B,绿 12.蓝,紫,绿,绿,黄 13.⑴>⑵<⑶>⑷<⑸In+ 14.双聚体,氯 三、简答题 1.OH-变形小,与Tl+间极化作用差,TlOH为离子化合物;Tl+半径
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