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)

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

TiOSO 4 + 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 -

26得水溶液加入过量得氨；

（4） 向VCl 3的水溶液加入过量的氨；

（5） 将VCl 2的固体加到HgCl 2水溶液中。

解：(1) TiI 4 = Ti + 2I 2

(2) 2FeTiO 3 + 6C + 5Cl 2 = 2FeCl 3 + 2TiCl 4 + 6CO

(3) TiCl 62- + NH 3 = [Ti(NH 3)6]4+ + 6Cl -

(4) VCl 3 + Na 2SO 3 =

(5) VCl 2 + HgCl 2=

5. 根据下列实验写出有关的反应方程式：将一瓶TiCl 4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HNO 3处理，然后用稀碱溶液处理，生成白色沉淀。

解：TiCl 4 + 3H 2O = H 2TiO 3 + 4HCl↑

2TiCl 4 +Zn = 2TiCl 3↓ + ZnCl 2

TiCl 3 + 3NaOH = Ti(OH)3 + 3NaCl

3Ti(OH)3 + 7HNO 3 = 3TiO(NO 3) + 2 NO ↑+ 8H 2O

TiO 2+ + 2OH - + H 2O = Ti(OH)4↓

6. 利用标准电极电势数据判断H 2S ，SO 2，SnCl 2和金属Al 能否把TiO 2+离子还原成Ti 3+离子？

解：由查表得： V Al Al E V Sn Sn E V S H S E V SO H SO E V Ti TiO E 67.0/,15.0/,141.0/20.0/,1.0/32423224

32-=====+++-+θθθθθ

因为E θAl 3+/Al

7. 概述下列合成反应地步骤

（1） 由MnSO 4制备K 5Mn(CN)6；

（2） 由MnO 2制备K 3Mn(CN)6；

（3） 由MnS 制备KMnO 4；

（4） 由MnCO 3制备K 2MnO 4；

（5） 由BaMnO 4制备金属锰。

解：(1) MnSO4 + 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VO-3

4V2O-4

7

(V3O-3

9, V10O-6

28

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10-4m ol?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)2MnO(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-2

7

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

Cr 2O 72- + 6Cl - + 14H + = 2Cr 3+ + 3Cl 2↑ + 7H 2O

(3) Cr 2O 72- + 3Zn + 14H + = 2Cr 3+ + 3Zn 2+ + 7H 2O

2Cr 3+ + Zn = 2Cr 2+ + Zn 2+

4Cr 2+ + O 2 + 4H + = 4Cr 3+ + 2H 2O

6H 2S + Cr 2O 72- + 8H + = 2Cr 3+ + 6S↓ + 7H 2O

13．若Cr +3离子和Al +3共存时，怎样分离它们？Zn +2离子也共存时，怎样分离？

解： Cr 3+, Al 3+, Zn 2+

(1) H 2O 2,OH -(),?

(2) 调节pH=4—5，BaCl 2

BaCrO 4 Al ,Zn

NH 3.H 2O

Al(OH)3 Zn(NH 3)42+

14．在含有Cl -和CrO -24离子的混合溶液中逐滴加入AgNO 3溶液，若[Cl -]及[CrO -24]均为103-mol·dm 3-,

那么谁先沉淀？两者能否基本分离出来。

解：KspAgCl = 1.8×10-10 KspAg 2CrO 4 =2.0×10-12

=[Ag +][Cl -] = [Ag +]2[CrO 42-]

故先得到 AgCl 沉淀

若使AgCl 沉淀 [Ag +] = 10,7331.810 1.81010sp AgCl

K mol dm Cl ----

-?==? 使Ag 2CrO 4沉淀[Ag +] = 2412

,53

234 2.010 4.4710[]

10sp Ag CrO K mol dm CrO -----?==? 故当Ag 2CrO4产生沉淀时

[Cl -] = 35510

104.010

47.4108.1][----+??=??=dm mol Ag KspAgCl ??----35

310

104.010100% = 99.6% 故可基本分离

15．用H 2S 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 +

22，Al 3+，Cu 2+，Ag +，Cd 2+，Ba 2+，Zn 2+，Pb 2+，Cr 3+ 解：A l (O H )3、Cr(O H )3?→?

(加盐酸)Al 3+、Cr 3+、Zn 2+ Hg 2S 、 CuS 、Ag 2S 、 CdS 、 PbS ?→?

(加浓盐酸)

Cd 2+、Pb 2+ ?→?

(加氨水)

HgS+Hg 、 CuS 、Ag 2S ?→?

(加硝酸)Ag +、Cu 2+?→?(Cl -) Ba 2+

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(NH 3)4SO 4(深蓝色)，[Mn(CN)6](SO 4)2(深紫色)，

顺式-[Co(NH 3)4Cl 2]Cl(紫色)，反式-[Co(NH 3)4Cl 2]Cl(绿色)，

K 2[MnBr 4](黄绿色)，Mn(H 2O)6(SO 4)(浅红色)，

KFe[Fe(CN)6](深蓝色)，Ag2CrO4(橙红色)

BaFeO 4(深红色)， Na 2WS 4(橙色)

Au[AuCl 4](暗红色)，Cu[CuCl 3](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 -24+2H +Cr 2O -27+H 2O K=1014试求在1 mol·dm 3-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Cr 2O 72- 浓度为x mol?dm -3

2 CrO 42- + 2H+ ? Cr 2O 72- +H 2O

2x x

2 1

[CrO 42-] = [Cr 2O 72-] 则：1 - 2x = x x=1/3 mol?dm -3

224272][2][]

[+--?=H CrO O Cr K

=?=++--224272][][][][H CrO O Cr H 14210

)3/1(3/1? 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Ag 2CrO 4(砖红色)沉淀

Cr 2O 72- + 4Ag + + H 2O = 2 Ag 2CrO 4↓ + 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

3- 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(H 2O)6Cl (3-x)]Cl x 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(H 2O)6Cl]Cl 2

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2CrO 42-+2H +=Cr 2O 72-+H 2O 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CrO 42-、MoO 42-、WO 42-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：6MnWO 4 + 6Na 2CO 3 + O 2 = 2Mn 3O 4 + 6Na 2WO 4 + 6CO 2

Na 2WO 4 + 2HCl = H 2WO 4 + 2NaCl

H 2WO 4 + 2NH 3?H 2O = (NH 4)2WO 4 + 2H 2O

(NH 4)2WO 4 = 2NH 3↑ + WO 3 + H 2O

WO 3 +3H 2 = W + 3H 2O

23. 利用标准电极电势，判断下列反应的方向：

6MNO -4 + 10Cr +3+ 11H 2O

5Cr 2O -27 + 6Mn 2+ + 22H + 解：E θMnO 4-,Mn 2+ = 1.51V

E θCr 2O 72-,Cr 3+ = 1.33V

E θMnO 4-,Mn 2+ > E θCr 2O 72-,Cr 3+

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 -4+ 5Fe 2+ + 8H + Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2O

解：059

.0lg θ

nE K = E θMnO 4-,Mn 2+ = 1.51V

E θFe 3+，Fe 2+ = 0.771V

LgK =059

.0)771.051.1(5-? 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：MnO 2 + H 2SO 4 + H 2O 2 = MnSO 4 + O 2↑ + 2H 2O

2MnO 2 + 4KOH + O 2 = 2K 2MnO 4 + 2H 2O

2K 2MnO 4 + Cl 2 = 2KMnO 4 + 2KCl

26．根据下列电势图

MnO -469.1+MnO 223.1+Mn +2

IO -319.1+I 2535.0+I -

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) 2MnO 4- + 10I - + 16H + = 2Mn 2+ + 5I 2 + 8H 2O

(2) 6MnO 4- + 5I - + 18H + = 6Mn 2+ + 5IO 3- + 9H 2O

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 ： (NH 4)6(Mo 7O 24)

12-钨磷酸钠 Na 3[P(W 12O 40)]

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Cr 2O -27和MnO -

4的溶液，共250.0cm 3。

精确量取上述溶液10.00cm 3，加入BaCl 2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10.00cm 3，在酸性介质中用Fe 2+溶液0.075mol·dm -3)滴定，用去15.95cm 3。计算刚样铬和锰的质量分数。 解： Cr% = 82.210000

.10102503.253520549.0=???

% Mn% = 10000.10500095.54)3/521000100282.01025095.15075.0(????-?? = 1.50%

29. 某溶液1dm 3，其中含有KHC 2O 4·H 2C 2O 4·2H 2O50.00g 。有一KMnO 4溶液40.00cm 3可氧化若干体积的

该溶液，而同样这些体积的溶液刚好30.00cm 3的0.5mol ·dm -3NaOH 溶液。试求：

（1）该溶液的C 2O -24离子和H +的浓度；

（2）KMnO 4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KHC 2O 4?2H 2O 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KHC 2O 4?2H 2O 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： [MnO 4-] = 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 (NH 4)2Cr 2O 7(s)

N2↑(g) + C 2O 3 (g)+ H 2O ↑(g) 已知：

△ H θ7224)(O Cr NH = -1807.49K·moi -1

△ H θ32O Cr = -1129.68 K·moi -1

△ H θO H 2= -97.49 K·moi -1

解：?H H = - ?H H (NH 4)2Cr 2O 7 + 4 ?H H H 2O + ?H H Cr 2O 3 = -(-1807.49) + 4×(-97.49) + (-1129.68)

=287.85KJ?mol-1