无机化学 第17章 氮族元素

解：酸性：As2O3 > Sb2O3 > Bi2O3 酸性：H3 AsO3 > Sb(OH)3 > Bi(OH)3

13.利用电极电势讨论在酸性介质中Bi（V）氧化Cl－为Cl2，在碱性介质中Cl2可将Bi（Ⅲ）氧化为Bi（V）。 解： ? 在酸性介质中 E?(BiO－

??3/BiO)?1.59V E(Cl?2/Cl-)?1.396V

∴ Bi（V）能氧化Cl为Cl2。

BiO?3/BiO?的电极反应为

BiO?3?2H??2e-?BiO??H2O

∴ 能斯特方程为

E(BiO??3/BiO)?E(BiO????3/BiO)?0.05922?1lgc(BiO?3)c(H)??2c(BiO)

假设 c(BiO?3)?c(BiO?)?1.0mol?L，则能斯特方程变成

E(BiO?/BiO3?)?E(BiO?/BiO3?)?0.0592pH

?1.176V

???/BiO的电极电势将减小，当pH ≥ 7时， E(BiO∴pH增大，BiO3??3/BiO)∴在碱性介质中Cl2可将Bi（Ⅲ）氧化为Bi（V），发生如下反应

Bi(OH)3?Cl2?3NaOH?NaBiO3?2NaCl?3H2O

14.比较As、Sb、Bi的硫化物在浓HCl，NaOH或Na2S溶液中的溶解情况，并讨论它们的硫代酸盐的生成和分解。

解：As、Sb、Bi的硫化物在浓HCl，NaOH或Na2S溶液中的溶解情况见下表 As2S3 As2S5 Sb 2S3 Sb 2S5 Bi2S3 浓HCl 不溶 溶 溶 溶 溶 NaOH 溶 溶 溶 溶 不溶 Na2S 溶 溶 溶 溶 不溶 As、Sb的硫化物能溶于碱性硫化物（如Na2S、(NH4)2S等）中生成相应的硫代酸盐，反应方程式为：

As2S3 + 3 S2- Sb 2S3 + 3 S2-

2AsS 2SbS3-3

3-3As2S5 + 3 S2- Sb 2S5 + 3 S2-

3- 2AsS4

2SbS4

3-

这些硫代酸盐与酸反应生成相应的硫代酸，硫代酸很不稳定，立即分解为相应的不溶硫化物并放出硫化氢气体：

+ -2MS3 + 6 H3-2MS3 + 6 H+ 4 M2 S3↓ + 3H2S↑ （M= As，Sb） M2 S5↓ + 3H2S↑ （M= As，Sb）

15.某工业废液中含有2%~5%的NaNO2，直接排放将对环境造成污染，问下列5种试剂中，哪些能消除NaNO2而不会引起二次污染？用相关化学方程式说明理由。

－

①NH4Cl；②H2O2；③FeSO4；④CO(NH2)2；⑤NH2SO3(氨基磺酸盐)。 解：NH4Cl： NH4Cl + NaNO2 NH4NO2 + NaCl

NH4 NO2 N2↑+ 2 H2O

H2O2： H2O2 + NaNO2 NaNO3 + H2O

FeSO4： NO-2 + Fe2+ + 2 H+

NO↑+ H2O + Fe3+

CO(NH2)2：2NaNO2 + CO(NH2)2 + 2HCl

CO2↑+ 2N2↑+ 2NaCl + 3H2O

NH2SO3－：NH4SO3NH2 + NaNO2 + HCl N2↑ + (NH4)2SO4 + NaCl+ H2O

－

所以，NH4Cl、H2O2 、NH2SO3、CO(NH2)2能消除污染，而且不会引起二次污染能消除；FeSO4能消除污染，但会引起二次污染。

16.怎样除去空气中PH3带来的污染？写出相关的化学方程式。

解：将污染空气通过CuSO4溶液，因为可以发生如下反应而除去PH3

PH3?4CuSO4?4H2O 4Cu?4H2SO4?H3PO4

17.为什么NH3的沸点高（-33℃），是一种典型的路易斯碱，而NF3的沸点低（-129℃），且不显碱性？

解：NH3具有三角锥形的空间结构，分子中氮原子能提供一对孤对电子，所以是一种典型的路易斯碱，而且NH3分子间易于形成氢键使其具有较高的沸点。NF3的分子空间结构为平面三角形，具有高对称性，所以是非极性分子，分子间的作用力低，导致沸点低。由于空间效应，NF3不能提供分子中氮原子上的孤对电子，而不显碱性。

18.试举例说明亚硝酸及其盐既有氧化性，又具有还原性，并解释为什么？

解：因为亚硝酸中N元素的氧化数处于中间，在化学反应中既可得到电子，也可以失去电子，所以亚硝酸盐既具有氧化性，又具有还原性，如 氧化性： NO-2 + Fe2+ + 2 H+

-2- +

NO↑+ Fe3+ + H2O

-5NO3 + 2 Mn2+ + 3H2O

还原性： 5NO2 + 2 MnO4 + 6 H

19.向镁盐溶液中加入Na2HPO4氨水，NH4+溶液可以制备MgNH4PO4，写出有关离子反应方程式，并说明为什么要加入铵盐？

解：相关的反应离子方程式：HPO2?4?H2O PONH?43?4H2PO??H

?4?OH?

? HPO24NH3?H2O ?OH?

-?OH?H H2O

Mg2??PO3?4?NH?4 MgNH4PO4

加入铵盐是为了抑制NH3的水解，控制溶液的OH-浓度，防止生成Mg(OH)2沉淀，而影响MgNH4PO4的产生。

20.汽车尾气中的NO和CO均为有害气体，请利用热力学理论论述可否通过下列反应实现对这两种废气污染的治理？

解：汽车尾气中CO、NO之间能发生如下反应： 2CO(g) + 2NO(g) 2CO2(g) + N2(g)

-1

查表：ΔfGΘ（298k）/kJmol-137.168 86.55 -394.359 0 m

ΔrGmΘ

（298k）=(-394.359×2) –[(-137.168×2)+86.55×2]=-677.482 kJmol-1

因为ΔrGΘ（298k）< 0，所以在常温下CO、NO之间可以自发反应生成无污染的物m质。但热力学理论的讨论只能说明反应的可能性，事实上这个反应的速率很小，很难实现对两种废气污染的治理。

21. 试说明为什么生物化学上将三磷酸腺苷（ATP）称为贮能化合物。

解：生物体在其生命活动过程中通过三磷酸腺苷（ATP）的不断生成和消耗来实现能量的储存和释放，如氧化磷酸化过程中的ATP形成

NADH 黄素蛋白 铁硫蛋白 FADH2 辅酶Q 细胞色素b 细胞色素c1 O2 ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP ADP+Pi ATP

22.完成并配平下列反应方程式 （1）S + 6HNO3（浓） H2SO4 + 6NO2↑

（2）4Zn + 10HNO3(很稀) 4Zn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O （3）Cu+4HNO3（浓） Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 2 H2O （4）3Cu+8HNO3（稀） Cu(NO3)2 + 2NO↑+ 4 H2O （5）3CuS+8HNO3

△ 3Cu(NO3)2 + 2NO2↑+ 3S↓+ 4H2O

（6）(NH4)2Cr2O7(s) （7）2AsO3-3 △ ? N2↑ + Cr2O3 + 4H2O

??3H2S?6H

As2S3? + 6H2O AsO3-3???（8）AsO3?2I?2H 4 + I2 + H2O

（9）5NaBiO3 + 2Mn2+ + 14H+（10）Sb2S3 + 3S2-

2 MnO-4 + 5Bi3+ +5Na+ + 7H2O

3-3 2SbS

（11）NH4Cl + NaNO2 N2↑ + NaCl + 2H2O

（12）2NaNO2 + 2KI + 2H2SO4 2NO↑+ I2 + 2H2O + K2SO4 +H2O

（13）PCl3 + 3H2O H3PO3 + 3HCl

（14）4P + 3NaOH + 3H2O 3Na2HPO4 + PH3

（15）2AsCl3 + 3Zn 2As(s) + 3ZnCl2

(此反应包括两个反应:2AsCl3 + 6H2O 2H3AsO3 + 6HCl

2H3AsO3+ 3Zn +6HCl2As(s)+3ZnCl2+ 6H2O)

（16）Sb2S5+3(NH4)2S

2(NH4)3SbS4

（17）2KMnO4+5NaNO2+3H2SO45NaNO3 + 2Mn SO4 + 3 H2O + K 2SO4

（18）Bi(OH)3+Cl2+3NaOHNaBiO3 +2NaCl +3H2O

（19）4Al(NO3)3 (s) （20）4Fe(NO3)2 (s)

△ △ 4Al2O3 +36NO2↑+ 9O2↑ 2Fe2O3 + 8NO2 ↑+ O2↑

23.有一白色固体化合物A，微溶于水，但易溶于氢氧化钠溶液和浓盐酸中。A溶于浓盐酸得到B溶液，向其中通入硫化氢气体得黄色沉淀C。C难溶于盐酸，可易溶于氢氧化钠溶液，C溶于硫化钠溶液得一无色溶液D，若将C溶于Na2S2溶液中则得无色溶液E。向B中滴加溴水，则溴水褪色，同时B转为无色溶液F，向F的酸性溶液中加入淀粉碘化钾溶液，溶液变蓝。试确定A、B、C、D、E、F各代表什么物质，并写出相关的化学方程式。

解：A：As2O3；B：AsCl3；C：As2S3；D：Na3AsS3；E：Na3AsS4；F：H3AsO4 反应化学方程式： As2O3 + 6HCl(浓) 2AsCl3 + 3H2O

2AsCl3 + 3H2S As2S3↓+ HCl

As2S3 + 3Na2S 2Na3AsS3

As2S3 + 3Na2S2 2Na3AsS4 + S

AsCl3 + Br2 + 4H2O H3AsO4 + 2HBr + 3HCl H3AsO4 + 2I- + 2 H+ H3AsO3 + I2 + H2O As2S3 + 6NaOH 2Na3AsS3 + 3 H2O

24.将无色金属硝酸盐晶体A加入水中可得白色沉淀B和无色溶液C，经过滤分离

后，将C溶液分成三份：第一份通入硫化氢气体生成黑色沉淀D，D不溶于氢氧化钠溶液，但溶于盐酸；第二份滴加氢氧化钠溶液有白色沉淀E产生，E不溶于过量的氢氧化钠溶液；第三份滴加到二氯化锡的强碱溶液中，有黑色沉淀F生成。 解：A：Bi(NO3)3；B：BiONO3；C：Bi3+；D：Bi2S3；E：Bi(OH)3；F：Bi

反应化学方程式：Bi(NO2Bi3?3)3?H2O BiONO?3??2HNO3

?3H2S -Bi2S3??6H

Bi2Bi(OH)3??3OH 4Bi(OH)3?

]

3?3Na2[Sn(OH)] 2Bi??3Na2[Sn(OH)6