第19章金属通论
19-1举例说明哪些金属能从（1）冷水，（2）热水，（3）水蒸气，（4）酸，（5）碱中置换 出氢气，写出有关的反应式并说明反应条件。 1、解：2Na + 2H2O = 2NaOH+ H2↑ Mg+ 2H2O= Mg(OH)2↓ + H2↑ 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2↑ Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
-- 2Al + 2OH + 6H2O = 2[Al(OH)4] 19-2 已知在 973K 时，
θ -1
2CO + O2 = 2CO2 ; △rG= -398 kJ.mol
θ -1
2Ni + O2 = 2NiO; △rG=-314 kJ.mol
θ
试计算该温度下CO + NiO = Ni +CO2 的△rG值，并对照图19-1说明在该温度下能否用CO还原NiO制取Ni 。
2、解： 2CO + O2 = 2CO (1) 2Ni + O2 = 2NiO (2) CO + NiO = Ni + CO2 (3)
(1)?(2) 2?398?(?314)θ
?rG =
2 (3) =
= -42kJ?mol
θ
CO的自由能比NiO的低，?rG< 0 故可以使用CO还原NiO 制取Ni 19-3下图是几种金属硫化物的埃林汉姆图。（1）请解释图中各条线形状变化的意义；（2）据图，若从硫化物中提取金属，适宜的还原剂和温度条件各如何？ (1)1/2C + S = 1/2 CS2 (2)Hg + S = HgS
(3)2/3 Bi +S = 1/3 Bi2S3 (4)H2 +S = H2S (5)Pb +S = PbS
3、解： 线1中，随着温度的升高，刚开始时吉布斯自由能呈上升趋势，但当温度达到一 定值后，随着温度的升高，吉布斯自由能反呈下降趋势。斜率发生了变化，是因为温度升
θθ
高，发生了相变，出现了熵增，因而?rG下降。线2线3相似，起始随温度的升高，?rG
θ
增加，达到一定温度后，随着温度的增加，?rG增加的速度更快，斜率 加大，出现了熵
θθ
增。线4随温度升高，?rG直线上升，反应过程中无相变。线5?rG开始时随温度的升 高逐渐增大，达到一定的温度又逐渐减小温度继续上升，又出现下降，再上升又出现增大， 有两个拐点。这说明在反应的过程中，随着温度的上升，伴随有相变产生。由图可以 看 出：
HgS 和 Bi2S3可以用H2作还原剂对HgS 温度可控制在：400K-800 对Bi2S3温度可控制在：700K-1000K
对PbS较难还原，选用C作还原剂，需要3000K以上的高温。 19-4已知 733K 时， 2Mn + O2 = 2MnO;
θ-1
△rG=-670kJ.mol
-1
2C +O2 =2CO; △rG=-350 kJ.mol 1773K时，2Mn + O2 = 2MnO;
θ-1
△rG=-510 kJ.mol
θ-1
2C +O2 =2CO; △rG=-540 kJ.mol 试计算在773K和1773K 时反应： Mn(s) + C(s) = Mn(s)+ CO(g)
θ
的△rG，说明用C(s) 还原MnO(S)应在高温还是低温条件下进行？ 4、解： 2Mn + O2 = 2MnO (1) 2C + O2 = 2CO (2) MnO（S） + C（S） = Mn（S） + CO（g） (3) (3) =
θ-1
(2)?(1) 2θ
?350?(?670)?160kJmol?1>0
2?540?(?510)θ
??15kJmol?1<0 1773K时 ?rG=
2 773K时 ?rG =
故反应在高温下进行。
19-5金属的晶体结构有哪几种主要类型？它们得空间利用率和配位数各是多少？对金属性质的影响又如何？
5、答：金属的晶体结构类型包括：面心立方，体心立方，六方 晶体结构类型 配位数 空间利用率 对金属性质的影响 面心立方 体心立方 六 方 12 8 12 74.05% 68.02% 74.05% 第20章s区金属（碱金属与碱土金属）
20-1 简要说明工业上生产金属钠﹑烧碱和纯碱的基本原理。 1、解：2NaCl ====== 2Na + Cl2↑
（1） 加入CaCl2作助熔剂，以熔盐电解法制金属钠 （2） 电解NaCl水溶液可得NaOH
电解
2NaCl + 2H2O ===== Cl2↑ + H2↑ + 2NaOH
（3） 用氨碱法
NaCl + NH3 + CO2 + H2O = NaHCO3↓ + NH4Cl
2NaHCO3===== Na2CO3 + H2O↑ + CO2↑
20-2以重晶石为原料，如何制备 BaCl2﹑BaCO3﹑BaO 和 BaO2 ？写出有关的化学反应方程式。
2、 解： BaSO4 + 4C===== BaS + 4CO BaS + 2HCl = BaCl2 + H2S
BaS + CO2 + H2O = BaCO3 + H2S
BaCO3 1633===== BaO + CO2
K 773-793K
2BaO + O2 ===== 2BaO 20-3写出下列反应的方程式：
（1） 金属钠与H2O﹑Na2O2﹑NH3﹑C2H5OH﹑TiCl4﹑KCl﹑MgO﹑NaNO2 的反应； （2） Na2O2与H2O﹑NaCrO2﹑CO2﹑Cr2O3﹑H2SO4（稀）的反应；
?
3、解：(1) 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2↑
2Na + Na2O2 = 2Na2O
2Na + 2NH3 = 2NaNH2 + 3H2↑ 2Na + 2C2H5OH = 2NaOC2H5 + H2↑ Na + TiCl4 = 4NaCl + Ti Na + KCl= K↑ + NaCl 2Na + MgO = Mg + Na2O
6Na + 2NaNO2 = Na2O + N2↑
(2) 2Na2O2 + 2H2O = 4NaOH + O2 ↑ Na2O2 + 2NaCrO2 = 2Na2CrO4 + O2↑ 2 Na2O2 + 2CO2 = 2Na2Cr3+ O2↑ Na2O2 + Cr2O3 = Na2CrO4
Na2O2 + H2SO4 = 2Na2SO4 + 2H2O2 20-4完成下列各步反应方程式： （1）MgCl2 Mg Mg(0H)2
MgCO3 Mg(NO3)2 MgO
（2）CaCO 3 CaO Ca(NO3)2
CaCl2 Ca Ca(OH)2 电解
4、解：(1) MgCl2 ===== Mg + Cl2↑
Mg + Cl = MgCl2
Mg + 2H2O = Mg(OH)2 + H2↑ Mg(OH)2= MgO + H2O
MgCO3 + 2HCl = MgCl + H2O + CO2↑ MgCO3+ 2HNO3 = Mg(NO3)2 + H2O + CO2↑ 2Mg(NO3)2= 2MgO + 4NO2↑ + O2↑
(2) CaCO3 ===== CaO + CO2↑
甲醇
CO2 + CaO ===== CaCO3
氨水
CaO + 2NH4NO3 ===== Ca(NO3)2 + 2NH3↑ + H2O CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2NaCl CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑
电解
CaCl2 ===== Ca + Cl2↑
熔融
Ca + 2H2O = Ca(OH)2 + H2↑
Ca(OH)2 + 2HNO3 = Ca(NO3)2 + 2H2O
2+2+2-20-5含有Ca﹑Mg 和SO4离子的粗盐如何精制成纯的食盐，以反应式表示。 2-2+
5、解：(1) SO4 + Ba = BaSO4↓
2+- (2) Mg + 2OH = Mg(OH)2↓ 2+2-
(3) Ca + CO3= CaCO3↓
2+2- (4) Ba + CO3 = BaCO3↓ 2-+
(5) CO3 + 2H = CO2↑ + H2O
- OH + H+ = H2O
20-6试利用铍﹑镁化合物性质的不同鉴别下列各组物质：
?
（1） Be(OH)2 和Mg(OH)2 ； （2） BeCO3 和 MgCO3 ； （3） BeF2 和 MgF2 。 6、解：（1）Be(OH)2为两性氢氧化物可溶于碱中
-2- Be(OH)2 + 2OH = Be(OH)4
（2）BeCO3稍加热即分解，MgCO3加热到813K分解
BeCO3和（NH4）2CO3作用形成可溶性的络盐(NH4)6[Be4O(CO3)6]，而MgCO3不具有这种
性质，可以进行分离
2-2-（3）BeF2易形成BeF4络离子，MgF2不易形成MgF4络离子育微溶于水，BeF2易溶于水。
20-7商品氢氧化钠中为什么常含杂质碳酸钠？如何检验？又如何除去？
7、答：NaOH中所含杂质Na2CO3是由NaOH和吸收空气中的CO2反应而形成的，在NaOH中加入HCl溶液，若有CO2气体逸出，证明有Na2CO3存在；否则不存在。可制备很浓的NaOH 溶液，在这种溶液中碳酸钠不溶，静置后即沉淀，上层清液即为NaOH溶液。 20-8以氢氧化钙为原料，如何制备下列物质？以反应方程式表示之。 （1） 漂白粉；（2）氢氧化钠；（3）氨；（4）氢氧化镁。 8、解：(1) 2Ca(OH)2 + 2Cl2 = 2CaCl2 + 2Ca(ClO)2 + 2H2O (2) Ca(OH)2 + Na2CO3 = 2NaOH + CaCO3
(3) Ca(OH)2 + (NH4)2CO3 = CaCO3↓ + H2O + NH3↑ (4) Ca(OH)2 + MgCl2 = CaCl2 + Mg(OH)2↓
20-9 为什么选用过氧化钠做潜水密封舱中的供氧剂？为什么选用氢化钙做野外氢气发生剂？请写出有关方程式。
9、解：2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2↑ CaH2 + H2O = Ca(OH)2 + 2H2↑ 20-10写出下列物质的化合式：
光卤石 明矾 重晶石 天青石 白云石 方解石 苏打 石膏 萤石 芒硝 元明粉 泻盐
10、解：光卤石 KCl?MgCl2?6H2O 明矾 KAl(SO4)2?12H2O
重晶石 BaSO4 天青石 SrSO4 白云石 CaCO3 ?MgCO3 方解石 CaCO3
苏打 Na2CO3 石膏 CaSO4?2H2O 萤石 CaF2 芒硝 Na2SO4?10H2O 元明粉 Na2SO4 泻药 MgSO4?7H2O 20-11 下列反应的热力学数据如下：
MgO(s) + C(s,石墨) = CO(g) +Mg(g) 试计算：（1）反应的热效应 （2）反应的自由能变 ；（3）在标准条件下，用 C （s，石墨）还原 MgO制取金属镁时，反应自发进行的最低温度是什么？ 11、解：MgO(s)+ C(s石墨) = CO(g) + Mg(g)
????? (1) ?rH298(CO,g)+ ?fH298(Mg,g) -?fH298(MgO,s)-?fH298(C,s) ??fH298 = 147.7-110.52-(-601.7) = 638.88kJ?mol
????? (2) ?rG298 = ?fG298(CO,g)+?fG298(Mg,g) - ?fG298(MgO,s) - ?fG298(C,s)
-1
=113.5-137.15-(-569.4) = 545.81 kJ?mol
-1
????? (3) ?rS298= ?fS298(CO,g) + ?fS298(Mg,g) - ?fS298(MgO,s)- ?fS298(C,s)
=148.54+197.56-26.94-5.74
-1-1
=313.24 J?mol?K
?G??H?T?S ?G?0 反应才能自发进行 即 ：
638.88×103 - T×313.42? 0 得： T? 2038K 20-12如何鉴别下列物质？
（1） Na2CO3﹑NaHCO3 和NaOH; （2） CaO﹑Ca(OH)2和CaSO4 12、解：（1）首先分别取一定量试样配成溶液，分别 滴加HCl溶液，无气体放出的为NaOH溶液，再分别取余下的两种固体少许加热，放出H2O和CO2的即为NaHCO3剩下 的为Na2CO3
Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑ NaHCO3 + HCl = NaCl + H2O + CO2↑ NaOH + HCl = NaCl + H2O
2 NaHCO3 ===== Na2CO3 + H2O↑ + CO2↑
-11-5
20-13 已知Mg(OH)2的Ksp= 1.8×10, NH3.H2O 的Kb=1.8×10，计算反应：
+2+
Mg(OH)2 + 2NH4 ≒ Mg +2 NH3.H2O
的平衡常数K ，讨论Mg(OH)2在氨水中的溶解性。 13、解：
?
K?[NH3?H2O]2?[Mg2?][NH4][Mg2?]?2
Ksp/[OH?]2-11-52
=1.8×10/（1.8×10） K???22?2Kb/[OH][NH4] =5.6×10
Mg(OH)2 微溶于氨水
20-14往BaCl2 和CaCl2 的水溶液中分别依次加入：（1）碳酸铵；（2）醋酸；（3）铬酸钾，各有何现象发生?写出反应方程式。
14、解：BaCl2 + (NH4)2CO3 = BaCO3 ↓+ NH4Cl
BaCl2 + 2CH3COOH = Ba(CH3COO)2↓ + 2HCl BaCl2 + K2CrO4 = BaCrO4 ↓+ 2KCl CaCl2 + (NH4)2CO3 = CaCO3 ↓+ 2NH4Cl CaCl2 +2CH3COOH= Ca(CH3COO)2 ↓+ 2HCl CaCl2 + K2CrO4 = CaCrO4?2H2O↓ + 2KCl
-2