《无机元素化学》课程教学资源（讲义）铜族与锌族元素.doc_大学文库

铜族与锌族元素铜分族 1.在 Ag+溶液中，先加入少量的 Cr2O7 2－，再加入适量的 Cl－，最后加入足够量的 S2O3 2－，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]2 2－ (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CuCl22H2O得不到无水CuCl2 9解释下列现象: (1)CuCl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NaS溶液时,就析出黑色沉淀。 10.如何用最简便的方法分离Cu(NO3)和AgNO3的混合物。 11计算下列元素电势图中的E值 (已知E"Cu2Cu=0.15VE"CuCu=0.52V, KseCuS=794×103, KSP Cu2S=1.0×10-48) 12.已知下列反应Cu(OH)2(s)+2OH Cu(OH)2的平衡常数K=103,在1升NaOH 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0.50molL1NaS2O3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CuSO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0.040molL1)。 (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0.04molL,温度298K。 b.有关数据:EFe2/Fe=-0.440V;E°Fe3+/Fe2+=0.770V:E℃u2+Cu=0.342V E°Cu2+Cu+=0.160V: 平衡常数:K°w=1.0×10714;K°sp(CuOH=1.0×10-14 K°sp(Cu(OH2)=10×10-20;K°sp(Fe(OH)=10×101; (Fe(OH)3)=1.0×10-3 15.合成CuCl通常采用SO2还原CuSO4的方法,其工艺流程如下通入SO2

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 ø值。 (已知 E øCu2＋ /Cu ＋＝0.15V,EøCu＋ /Cu＝0.52V, KSP.CuS＝7.94×10－36,KSP.Cu2S＝1.0×10－48) 12.已知下列反应 Cu(OH)（2 s）＋2OH－ ===== Cu(OH)4 2－的平衡常数 K＝10－3，在 1 升 NaOH 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·L－1 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·L－1）。（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·L－1，温度 298K。 b. 有关数据：E øFe 2+/Fe＝－0.440V；E øFe 3+/Fe2＋＝0.770V；E øCu2+/Cu＝0.342V； E øCu2+/Cu＋＝0.160V；平衡常数：Køw＝1.0×10－14 ；Køsp (CuOH)＝1.0×10－14 ； Køsp (Cu(OH)2)＝1.0×10－20；Køsp (Fe(OH)2)＝1.0×10－14 ； Køsp(Fe(OH)3)＝1.0×10－36 15.合成 CuCl 通常采用 SO2 还原 CuSO4 的方法，其工艺流程如下： CuS —— Cu2S —— Cu E2 ø E3 ø E1 ø 合成还原冲稀洗涤干燥 ——————→ ————→ ————→ ————→ ————→成品 CuSO4＋NaCl 通入 SO2 大量水

(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(3 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)合成反应结東后,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: a.Cu+Cl2——→Cu2++2Cl b. Cu+ Cu+2Na+2CI →2Na[CuCl2] c. Na[CuCI →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[ CuCI2]),为什么不用一步法制得CuC1?(Cu2++Cu++2Cl (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λCuSO4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

已知：（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： a. Cu＋Cl2 ——→ Cu2＋＋2Cl － b. Cu 2＋＋Cu＋2Na＋2Cl－——→ 2Na[CuCl2] 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？（Cu 2＋＋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 Cu 2＋ —— Cu＋ ——— Cu 0.521 0.337 0.17 0.45 0.14 SO4 2－ ——— H2SO3 ——— S ——— H2S K øsp＝1.2×10－6 H2O H2O

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 øAg＋／Ag＝0.80 伏； [Ag(CN)2] －的 Kø 稳＝1.0×1021 ； H2（g）＋1/2O2（g）＝H2O（l）的 △rGmø ＝－237.kJ·mol－1。 22.将 CuSO4·5H2O 加热时逐渐失水： 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 Hg 2＋和 Hg2 2＋。 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 ø值计算 Hg 2+＋Hg＝Hg2 2＋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： 102℃ 113℃ 258℃