厦门大学无机化学习题13 铜族与锌族元素 - 下载本文

铜族与锌族元素

铜分族

1. 在Ag+溶液中,先加入少量的Cr2O72,再加入适量的Cl,最后加入足够量的S2O32,

估计每一步会有什么现象出现,写出有关的离子反应方程式。

2. 具有平面正方形结构的Cu2+配合物[CuCl]22(黄色)、[Cu(NH3)4] 2+(蓝色)、[Cu(en)2]2(蓝

紫色)的颜色变化是什么原因引起的?

3. 利用金属的电极电位,说明铜、银、金在碱性氰化物水溶液中被溶解的原因,空气中的氧对溶解过程有何影响?CN离子在溶液中的作用是什么?

4. 将黑色CuO粉末加热到一定温度后,就转变为红色Cu2O。加热到更高温度时,Cu2O又转变为金属铜,试用热力学观点解释这种实验现象。并估计这些变化发生时的温度。 5. 完成并配平下列反应式: (1)Cu2O+HCl → (2)Cu2O+H2SO4(稀)→ (3)CuSO4+NaI → (4)Ag+HI → (5)Ag+CN → (6)Ag+O2+H2S → (7)Cu+CN

++

(8)Cu2+CN →

(9)HAuCl4+FeSO4 →

(10)AuCl →

(11)Ag3AsO4+Zn+H2SO4 → (12)[Ag(S2O3)2]3+H2S+H →

(13)Au+王水 →

6. 为什么在高温、干态Cu化合物更为稳定?而在水溶液中Cu2化合物更为稳定。倘若在

水溶液中形成难溶物或配离子时是Cu(Ⅰ)化合物还是Cu(Ⅱ)化合物稳定?在什么情况下可使Cu2转化为Cu?试举例说明,并解释之。

7. 判断下列各字母所代表的物质:化合物A是一种黑色固体,它不溶于水、稀醋酸和氢氧化钠,而易溶于热盐酸中,生成一种绿色溶液B,如溶液B与铜丝一起煮沸,逐渐变棕

黑(溶液C),溶液C若用大量水稀释,生成白色沉淀D,D可溶于氨溶液中,生成无色溶液E,E若暴露于空气中,则迅速变蓝(溶液F),往溶液F中加入KCN时,蓝色消失,生成溶液G,往溶液G中加入锌粉,则生成红棕色沉淀H,H不溶于稀的酸和碱,可溶于热硝酸,生成蓝色溶液I,往溶液I慢慢加入NaOH溶液,生成蓝色胶冻沉淀J,将J过滤,取出,然后加热,又生成原来化合物A。 8. 用反应方程式说明下列现象:

(1)铜器在潮湿空气中慢慢生成了一层铜绿; (2)金溶于王水;

(3)热分解CuCl2·2H2O得不到无水CuCl2。 9. 解释下列现象:

(1)CuCl2浓溶液逐渐加水稀释时,溶液颜色由黄棕色经绿色而变成蓝色。 (2)当SO2通入CuSO4与NaCl的浓溶液中析出白色沉淀。

(3)往AgNO3溶液中滴加KCN溶液时,先生成白色沉淀而后溶解,再加入NaCl溶液时

并无沉淀生成,但加入少许Na2S溶液时,就析出黑色沉淀。 10. 如何用最简便的方法分离Cu(NO3)2和AgNO3的混合物。 11. 计算下列元素电势图中的E?值。 E E

?

2

?3

CuS —— Cu2S —— Cu

E1?

?

?

(已知ECu2/Cu=0.15V,ECu/Cu=0.52V, KSP.CuS=7.94×10

-36

,KSP.Cu2S=1.0×10

-48

)

12. 已知下列反应Cu(OH)(+2OH ===== Cu(OH)42的平衡常数K=103,在1升NaOH2s)溶液中,若欲使0.01摩尔Cu(OH)2溶解,问NaOH的浓度至少应为多少? 13. 计算400毫升0.50 mol·L1 Na2S2O3溶液,可溶解多少克固体的AgBr?

14. 铁置换铜这一经典反应具有节能、无污染等优点,但通常只用于铜的回收,不用作铁件镀铜,因得到的镀层疏松、不牢固。能否把铁置换铜的反应开发成镀铜工艺呢?下面就这一问题进行讨论,找出解决的途径。

(1)先不考虑溶液的pH值范围,若向CuSO4溶液中投入表面光滑的纯铁件后,可能发生

的所有反应。

(2)实验证实造成镀层疏松的原因之一是夹杂固体杂质(CuOH或Cu2O)。试通过电化学

计算证实这一点。(设镀槽的pH=4,CuSO4的浓度为0.040mol·L1)。

(3)通过计算说明在所指实验条件下,是否发生水解、放氢等反应。

(4)为了实现化学镀铜工业化,提出三种以上抑制副反应提高镀层质量的措施,不必考虑

实施细节,说明理由。

(5)请提出铁置换铜反应的可能机理?

(6)混在铜镀层中的Cu2O与Cu颜色相近,如何鉴别? 实验条件及有关数据列后:

a. 实验条件:镀槽的pH=4,CuSO4溶液的浓度为0.040mol·L1,温度298K。

b. 有关数据:E?Fe2+/Fe=-0.440V;E?Fe3+/Fe2=0.770V;E?Cu2+/Cu=0.342V;

E?Cu2+/Cu=0.160V;

平衡常数:K?w=1.0×10

-14

;K?sp (CuOH)=1.0×10

-14

; ;

K?sp (Cu(OH)2)=1.0×10K?sp(Fe(OH)3)=1.0×10

合成

还原

冲稀

-20

;K?sp (Fe(OH)2)=1.0×10

-14

-36

干燥

15. 合成CuCl通常采用SO2还原CuSO4的方法,其工艺流程如下:

——————→ ————→ ————→ ————→ ————→成品

CuSO4+NaCl 通入SO2 大量水

洗涤

已知:

2

Cu —— Cu ——— Cu

0.521

0.337

SO42 ——— H2SO3 ——— S ——— H2S

K?sp=1.2×106

0.17 0.45 0.14

(1)通过计算说明,为什么合成反应中一定要加入NaCl?

(2)为了加快氯化亚铜的合成速度,温度宜高一点好(70~80℃),还是低一点好(30~

40℃)?请提出你的观点,并加以分析。

(3)写出合成中的总反应(离子方程式),如何判断反应已经完全? (4)合成反应结束后,为什么要迅速洗涤和干燥? 16. 工业上以废铜为原料经氯化生产氯化亚铜,其反应如下:

H2O

a. Cu+Cl2 ——→ Cu2+2Cl

b. Cu2+Cu+2Na+2Cl——→ 2Na[CuCl2]

H2O

c. Na[CuCl2] ——→ CuCl↓+NaCl

在操作中为了保证质量,必须按一定规范程序进行操作。请回答下列问题:

(1) 制备中当氯化完成后须经中间步骤(即生成配合物Na[CuCl2]),为什么不用一步法制

得CuCl?(Cu2+Cu+2Cl—→ 2CuCl↓)

(2)为什么必须外加NaCl且控制接近饱和?

(3)为什么要在反应体系中加入少量盐酸,它起何作用?

(4)合成结束后为什么先用稀盐酸洗涤?再用酒精洗?为什么必须在真空密闭条件下进行

抽滤操作?

17. 次磷酸H3PO2中加入CuSO4水溶液,加热到40~50℃,析出一种红棕色的难溶物A。经鉴定:反应后的溶液是硫酸和磷酸的混合物;X射线衍射证实A是一种六方晶体,结构类同于纤维锌矿(ZnS),组成稳定;A的主要化学性质如下:(1)温度超过60℃,分解成金属铜和一种气体;(2)在氯气中着火;(3)与盐酸反应放出气体。根据以上信息: a. 写出A的化学式和分解反应的方程式 b. 写出A的生成反应方程式

c. 分别写出A与氯气和A与盐酸反应的化学方程式。

18. 化合物A是白色固体,不溶于水,加热时剧烈分解,产生一固体B和气体C。固体B不溶于水或盐酸,但溶于热的稀硝酸,得一溶液D及气体E。E无色,但在空气中变红。溶液D以盐酸处理时,得一白色沉淀F。

气体C与普通试剂不起反应,但与热的金属镁作用生成白色固体G。G与水作用得另一种白色固体H及一气体J。气体J使湿润的红色石蕊试纸变蓝,固体H可溶于稀硫酸得溶液I。

化合物A以硫化氢处理时得黑色沉淀K、无色溶液L和气体C,过滤后,固体K溶于浓硝酸得气体E、黄色固体M和溶液D。D以盐酸处理得沉淀F。滤液L以氢氧化钠溶液处理又得气体J。请指出A~M所表示的物质名称,并用化学反应式表示各过程。

19. 判断下列各字母所代表的物质:化合物A是一种黑色固体,它不溶于水、稀醋酸和氢氧化钠,而易溶于热盐酸中,生成一种绿色溶液B,如溶液B与铜丝一起煮沸,逐渐变棕黑(溶液C),溶液C若用大量水稀释,生成白色沉淀D,D可溶于氨溶液中,生成无色溶液E,E若暴露于空气中,则迅速变蓝(溶液F),往溶液F中加入KCN时,蓝色消失,生成溶液G,往溶液G中加入锌粉,则生成红棕色沉淀H,H不溶于稀的酸和碱,可溶于热硝酸,生成蓝色溶液I,往溶液I慢慢加入NaOH溶液,生成蓝色胶冻沉淀J,将J过滤,取出,然后加热,又生成原来化合物A。 20. 比较下列配合物稳定性,并加以说明。

(1)为什么[Cu(en)3]2与[Cu(H2O)4(en)]2和[Cu(H2O)2(en)2]2相比特别不稳定?

(2)[Cu(H2O)2(en)2]2的两个几何异构体中,哪个是主要存在形式?

(3)[Ag(en)]不如[Ag(NH3)2]稳定 (4)[Cu(en)2]2比[Cu(NH3)4]2稳定

++

21. 通过计算说明金属银在通空气时可溶于氰化钾溶液中。已知:E?Ag/Ag=0.80伏;

[Ag(CN)2]的K?稳=1.0×1021;

H2(g)+1/2O2(g)=H2O(l)的 △rGm? = -237.kJ·mol1。

22. 将CuSO4·5H2O102加热时逐渐失水: ℃ 113℃ 258℃

CuSO4·5H2O ——→ CuSO4·3H2O ——→ CuSO4·1H2O ——→ CuSO4 由失水温度上的差异推测各水分子所处的环境与结合力的关系,并画出其结构图。

锌分族

1. 解释下列实验事实

(1)焊接铁皮时,常先用浓ZnCl2溶液处理铁皮表面;

(2)HgS不溶于HCl,HNO3和(NH4)2S中而能溶于王水或Na2S中; (3)HgC2O4难溶于水,但可溶于含有Cl的溶液中。

2. 试选用合适的配合剂分别将下列各种沉淀物溶解,并写出反应方程式:

Hg2C2O4 HgS Zn(OH)2 HgI2 3.(1)用一种方区别锌盐和铝盐。 (2)用两种方法区别锌盐和镉盐。 (3)用三种不同的方法区别镁盐和锌盐。 (4)用两种方法区别Hg2和Hg22。

4. 分离下列各组混合物 (1)CuSO4和ZnSO4 (2)CuSO4和CdSO4 (3)CdS和HgS

5. 为防止硝酸亚汞溶液被氧化,常在溶液中加入少量Hg,为什么?试根据相应的E?值计算Hg2++Hg=Hg22的平衡常数。

6. 在什么条件下可使Hg(Ⅱ)转化为Hg(Ⅰ);Hg(Ⅰ)转化为Hg(Ⅱ),试举三个反应式说明Hg(Ⅰ)转化为Hg(Ⅱ)。 7. 如何从Hg(NO3)2制备:

(1)Hg2Cl2 (2)HgO (3)HgCl2 (4)Hg2(NO3)2 (5)HgSO4

0.92 0.793

8. 利用汞的电位图Hg2 —— Hg22 —— Hg ,通过计算说明,在Hg22盐溶液中加进S2

,反应产物是什么?

-52

已知:HgS的K?sp=1.6×10;Hg2S的K?sp=1.0×10

-47

9. 试仅用一种试剂来鉴别下列几种溶液: