武汉大学版无机化学课后习题答案(第三版)第17章 d区元素(1).doc

D区元素（1）
1. 钛的主要矿物是什么？简述从钛铁矿制取钛白得反应原理。
解：钛的主要矿物有钛铁矿FeTiO2
反应原理：
FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O
TiOSO4 + 2H2O =TiO2•H2O↓ + H2SO4
TiO2•H2O = TiO2 + H2O

2. 解释TiCl3和[Ti(O2)OH(H2O)4]+ 有色得原因。
解：TiCl3显色是因为产生了电核跃迁，[Ti(O2)OH(H2O)4]+有色是因为O22-离子变形性较强，d—d跃迁所引起。

3. 完成并配平下列反应方程式。
（1） Ti + HF
（2） TiO2 + H2SO4
（3） TiCl4 + H2O
（4） FeTiO3 + H2SO4
（5） TiO2 + BaCO3
（6） TiO2 + C + Cl2
解：(1) Ti + 5HF = H2TiF6 + 2H2↑
(2) TiO2 + H2SO4 = TiOSO4 + H2O
(3) TiCl4 + 2H2O = TiO2 + 4HCl
(4) FeTiO3 + 2H2SO4 = TiOSO4 + FeSO4 + 2H2O
(5) TiO2+ BaCO3 = BaTiO3 + CO2↑
(6) TiO2 + 2C + 2Cl2 = TiCl4 + 2CO↑

4. 完成下列反应
（1） TiI4在真空中强热；
（2） FeTiO3和碳得混合物在氯气中加热；
（3） 向含有TiCl得水溶液加入过量得氨；
（4） 向VCl3的水溶液加入过量的氨；
（5） 将VCl2的固体加到HgCl2水溶液中。
解：(1) TiI4 = Ti + 2I2
(2) 2FeTiO3 + 6C + 5Cl2 = 2FeCl3 + 2TiCl4 + 6CO
(3) TiCl62- + NH3 = [Ti(NH3)6]4+ + 6Cl-
(4) VCl3 + Na2SO3 =
(5) VCl2 + HgCl2=

5. 根据下列实验写出有关的反应方程式：将一瓶TiCl4打开瓶塞时立即冒白烟。向瓶中加入浓HCl溶液和金属锌时生成紫色溶液，缓慢地加入NaOH溶液直至溶液呈碱性，于是出现紫色沉淀。沉淀过滤后，先用HNO3处理，然后用稀碱溶液处理，生成白色沉淀。
解：TiCl4 + 3H2O = H2TiO3 + 4HCl↑
2TiCl4 +Zn = 2TiCl3↓ + ZnCl2
TiCl3 + 3NaOH = Ti(OH)3 + 3NaCl
3Ti(OH)3 + 7HNO3 = 3TiO(NO3) + 2 NO ↑+ 8H2O
TiO2+ + 2OH- + H2O = Ti(OH)4↓

6. 利用标准电极电势数据判断H2S，SO2，SnCl2和金属Al能否把TiO2+离子还原成Ti3+离子？
解：由查表得：

因为EθAl3+/AlO4 + 6KCN = K4[Mn(CN)6] + K2SO4
(2) 4MnO2+6H2SO4 = 2Mn2(SO4)3+6H2O+O2
Mn2(SO4)3+12KCN=2K3Mn(CN)6+3K2SO4
(3) MnS + 2O2 = MnO2 + SO2
2MnO2 + 4KOH +O2 = 2K2MnO4 + 2H2O
2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH + H2
(4) MnCO3 + 2HNO3 = Mn(NO3)2 + H2O + CO2
Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2
2MnO2 + 4KOH +O2 = 2K2MnO4 + 2H2O
(5) BaMnO4+K2SO4 = K2MnO4+BaSO4
K2MnO4+CO2=KMnO4+MnO2+2K2CO3
KMnO4+SO32-+H2O=2MnO2+SO42-+2OH-(中性条件下)
3MnO2=Mn3O4+O2(加热)
Mn3O4+8Al = 4Al2O3+9Mn

8．向铬酸钾的水溶液通入CO2时，会发生什么变化？
解：溶液由黄色变为橙色

9．完成并配平下列反应方程式
（1） V2O5 + NaOH

（2） V2O5 + HCl
（3） VO43- + H+(过量)
（4） VO2+ + Fe2+ + H+
（5） VO2+ + H2C2O4 + H+
解：(1) V2O5 + 2NaOH = 2NaCO3 + H2O
V2O5 + 6NaOH = 2Na3VO4 + 3H2O
(2) V2O5 + 6HCl = 2VOCl2 + Cl2 + 3H2O
(3) VO43- + 4H+(过量) = VO2+ + 2H2O
(4) VO2+ + Fe2+ + 2H+ = VO2++ Fe3++ H2O
(5) 2VO2+ + H2C2O4 + 2H+ = 2VO2+ + 2CO2↑ + 2H2O

10．钒酸根离子在水溶液中的组成取决于哪些因素？这些因素怎样影响平衡 VOV2O (V3O, V10O等)。
解：取决于(1) 溶液的pH值，随着pH值的下降，聚合度增大，但若加入足够量 的酸，溶液中存在稳定的VO2+离子 。
(2)钒酸根浓度的大小，浓度低于10-4mol•dm-3时，溶液中存在的仅为单体钒酸根和酸式钒酸根离子，若浓度大于10-4mol•dm-3，则当酸度过高，pH值约为2时，会沉淀出红棕色的五氧化二钒水合物。

11． 新生成的氢氧化物沉淀为什么会发生下列变化
（1） Mn(OH)2几乎是白色的在空气中变为暗褐色？
（2） 白色的Hg(OH)2立即变为黄色？
（3） 蓝色的Cu(OH)2，加热时为什么变黑？
解：(1) 2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 MnO(OH)2为暗褐色
(2) Hg(OH)2 = HgO + H2O HgO为黄色
(3) Cu(OH)2 = CuO + H2O CuO为黑色

12．根据下述各实验现象，写出相应的化学反应方程式
（1） 往Cr2(SO4)3溶液中滴加NaOH溶液，先析出葱绿色絮状沉淀，后又溶解，此时加入溴水，溶 液就由绿色变为黄色。用H2O2代替溴水，也得到同样结果。
（2） 当黄色BaCrO4沉淀溶解在浓HCl溶液中时得到一种绿色溶液。
（3） 在酸性介质中，用锌还原Cr2O时，溶液颜色由橙色经绿色而变成蓝色。放置时又变回绿色。
（4） 把H2S通入已用H2SO4酸化的K2Cr2O7溶液中时，溶液颜色由橙变绿，同时析出乳白色沉淀。
解：(1) Cr3+ + 3OH- = Cr(OH)3↓
Cr(OH)3 + OH- = Cr(OH)4-
Cr(OH)4- +Br2 = Br- + CrO42- + H2O
2 Cr(OH)4- + 3H2O2 + 2OH- = 2CrO42- + 8H2O
(2) 2BaCrO4 + 2H+ = Cr2O72- + 2Ba2+ + H2O
Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ = 2Cr3+ + 3Cl2↑ + 7H2O
(3) Cr2O72- + 3Zn + 14H+ = 2Cr3+ + 3Zn2+ + 7H2O
2Cr3+ + Zn = 2Cr2+ + Zn2+
4Cr2+ + O2 + 4H+ = 4Cr3+ + 2H2O
6H2S + Cr2O72- + 8H+ = 2Cr3+ + 6S↓ + 7H2O
13．若Cr离子和Al共存时，怎样分离它们？Zn离子也共存时，怎样分离？
解： Cr3+, Al3+, Zn2+
(1) H2O2,OH-(过量),∆
(2) 调节pH=4—5，BaCl2

BaCrO4 Al3+,Zn2+
NH3.H2O
Al(OH)3 Zn(NH3)42+

14．在含有Cl和CrO离子的混合溶液中逐滴加入AgNO3溶液，若[Cl]及[CrO]均为10mol·dm,那么谁先沉淀？两者能否基本分离出来。
解：KspAgCl = 1.8×10-10 KspAg2CrO4 =2.0×10-12
=[Ag+][Cl-] = [Ag+]2[CrO42-]
故先得到 AgCl 沉淀
若使AgCl沉淀 [Ag+] =
使Ag2CrO4沉淀[Ag+] = 故当Ag2CrO4产生沉淀时
[Cl-] =
100% = 99.6%
故可基本分离

15．用H2S或硫化物设法将下列离子从它们的混合溶液中分离出来。
Hg，Al3+，Cu2+，Ag+，Cd2+，Ba2+，Zn2+，Pb2+，Cr3+
解：Al(OH)3、Cr(OH)3(加盐酸)Al3+、Cr3+、Zn2+
Hg2S、 CuS 、Ag2S、 CdS、 PbS(加浓盐酸)

Cd2+、Pb2+ (加氨水)

HgS+Hg、 CuS 、Ag2S(加硝酸)Ag+、Cu2+(Cl)
Ba2+

16．指出下列化合物的颜色，并说明哪些是d-d跃迁，哪些是电荷跃迁引起的？
Cu(NH3)4SO4(深蓝色)，[Mn(CN)6](SO4)2(深紫色)，
顺式-[Co(NH3)4Cl2]Cl(紫色)，反式-[Co(NH3)4Cl2]Cl(绿色)，
K2[MnBr4](黄绿色)，Mn(H2O)6(SO4)(浅红色)，
KFe[Fe(CN)6](深蓝色)，Ag2CrO4(橙红色)
BaFeO4(深红色)， Na2WS4(橙色)
Au[AuCl4](暗红色)，Cu[CuCl3](棕褐色)
解：(1)深蓝色 (2)深紫色 (3)紫色 (4)绿色
(5)黄绿色 (6)浅红色 (7)深蓝色 (8)橙红色
(9)洋红色 (10)橙色 (11)暗红色 (12)棕褐色
(9)，(10)，(11)为电荷跃迁引起，其余皆为d-d跃迁所致。

17．根据2CrO+2H+Cr2O+H2O K=10试求在1 mol·dm铬酸钾溶液中，pH值是多少时
（1） 铬酸根离子褐重铬酸根离子浓度相等；
（2） 铬酸根离子的浓度占99%；
（3） 重铬酸根离子的浓度占99%。
解：(1) 解：设Cr2O72- 浓度为x mol•dm-3
2 CrO42- + 2H+ Cr2O72- +H2O
2x x
2 1
[CrO42-] = [Cr2O72-] 则：1 - 2x = x x=1/3 mol•dm-3

得:pH= -lg[H+] = 6.76

18．把重铬酸钾溶液褐硝酸银溶液混合在一起时，析出什么沉淀？
解：生成Ag2CrO4(砖红色)沉淀
Cr2O72- + 4Ag+ + H2O = 2 Ag2CrO4↓ + 2H+

19．为了从溶解有20g六水合氯化铬(Ⅲ)的水溶液重快速沉淀出氯，需要75ml 2 mol·dm 的硝酸银溶液，请根据这些数据写出六水合氯化铬(Ⅲ)的配位式结构式)。
解：设结构式为 [Cr(H2O)6Cl(3-x)]Clx 则1mol该物可电离出x mol的Cl-
Cl- + Ag+ = AgCl
0.15mol 75×2×10-3mol
1 1
六水合氯化铬的量为： 20g/266.45g/mol = 0.075mol
则： x/1 = 0.15/0.075 = 2
即结构式为： [Cr(H2O)6Cl]Cl2

20．为什么碱金属的重铬酸盐在水溶液重的pH<7？
解：因为在溶液中存在2CrO42-+2H+=Cr2O72-+H2O所以碱金属的重铬酸盐显酸性。
21．溶液的pH值怎样影响铬酸根离子、钼酸根离子和钨酸根离子的组成？在什么介质中能够存在CO，MO，MO离子？
解：pH降至弱酸性时CrO42-、MoO42-、WO42-会逐渐聚合成多酸根离子。在酸性介质中。

22. 根据记忆，写出从钨锰铁矿制备金属钨粉的整个反应过程。
解：6MnWO4 + 6Na2CO3 + O2 = 2Mn3O4 + 6Na2WO4 + 6CO2
Na2WO4 + 2HCl = H2WO4 + 2NaCl
H2WO4 + 2NH3•H2O = (NH4)2WO4 + 2H2O
(NH4)2WO4 = 2NH3↑ + WO3 + H2O
WO3 +3H2 = W + 3H2O

23. 利用标准电极电势，判断下列反应的方向：
6MNO + 10Cr+ 11H2O 5Cr2O + 6Mn2+ + 22H+
解：EθMnO4-,Mn2+ = 1.51V
EθCr2O72-,Cr3+ = 1.33V
EθMnO4-,Mn2+ > EθCr2O72-,Cr3+
故反应向右进行

24．试求下列反应的平衡常数，并估计反应是否可逆
MnO+ 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O
解：
EθMnO4-,Mn2+ = 1.51V
EθFe3+，Fe2+ = 0.771V
LgK =
得 ： K = 4.24×1062 故 反应不可逆

25． 用二氧化锰作原料，怎样制备：(1)硫酸锰；(2)锰酸钾；(3)高锰酸钾。
解：MnO2 + H2SO4 + H2O2 = MnSO4 + O2↑ + 2H2O
2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl

26．根据下列电势图
MnOMnO2Mn
IOI2I
写出当溶液的PH=0时，在下列条件下，高锰酸钾和碘化钾反应的方程式：
（1） 碘化钾过量；
（2） 高锰酸钾过量。
解：(1) 2MnO4- + 10I- + 16H+ = 2Mn2+ + 5I2 + 8H2O
(2) 6MnO4- + 5I- + 18H+ = 6Mn2+ + 5IO3- + 9H2O

27．什么是同多酸和杂多酸？写出仲酸铵，12—钨磷酸钠的分子式。绘图表示仲钼酸根，12—钨磷酸根的结构。
解：同多酸： 若干水分子和二个以上同类酸酐组成的酸
杂多酸： 若干水分子和二个以上不同类酸酐组成的酸
仲钼酸铵 ： (NH4)6(Mo7O24)
12-钨磷酸钠 Na3[P(W12O40)]
28．称取10.00g含铬和锰的刚样，经适当处理后，铬和锰被氧化为Cr2O和MnO的溶液，共250.0cm3。精确量取上述溶液10.00cm3，加入BaCl2溶液溶液并调节酸度使铬全部沉淀下来，得到0.0549gBaCrO4。另取一份上述溶液10.00cm3，在酸性介质中用Fe2+溶液0.075mol·dm-3)滴定，用去15.95cm3。计算刚样铬和锰的质量分数。
解： Cr% = %
Mn% =
= 1.50%

29. 某溶液1dm3，其中含有KHC2O4·H2C2O4·2H2O50.00g。有一KMnO4溶液40.00cm3可氧化若干体积的该溶液，而同样这些体积的溶液刚好30.00cm3的0.5mol ·dm-3NaOH溶液。试求：
（1） 该溶液的C2O离子和H+的浓度；
（2） KMnO4溶液的浓度(mol·dm-3)。
解： (1) nH+=nOH=0.5×0.03=0.015mol
[ H+]=0.015mol/L
(2)被30Ml0.5N NaOH溶液中和的KHC2O4•2H2O 质量为：
W = n ×M = 30×0.5×10-3×254.2/3
=1.271g
被40mL xmol•dm-3 KMnO4溶液氧化的KHC2O4•2H2O的质量为
W = 40•x•254.2/4 ×10-3 =2.542x g
两者相等：
1.271g = 2.542x g
得： [MnO4-] = 0.50mol•dm-3

30．根据物质的标准生成热，求算下列反应的热效应
(NH4)2Cr2O7(s) N2(g) + C2O3 (g)+ H2O(g)
已知：
△ H= -1807.49K·moi-1
△ H= -1129.68 K·moi-1

△ H= -97.49 K·moi-1

解：∆HH = - ∆HH(NH4)2Cr2O7 + 4 ∆HHH2O + ∆HHCr2O3
= -(-1807.49) + 4×(-97.49) + (-1129.68)
=287.85KJ•mol-1