大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)習(xí)題及詳細(xì)解析一、引言無(wú)機(jī)化學(xué)是化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)，涵蓋原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、配位化學(xué)、元素化學(xué)等核心內(nèi)容。習(xí)題是鞏固理論知識(shí)、培養(yǎng)邏輯思維和解決實(shí)際問(wèn)題能力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。本文選取無(wú)機(jī)化學(xué)各章節(jié)的典型習(xí)題，結(jié)合知識(shí)點(diǎn)回顧、詳細(xì)解析和易錯(cuò)點(diǎn)提示，旨在幫助學(xué)生系統(tǒng)掌握重點(diǎn)內(nèi)容，規(guī)避常見(jiàn)錯(cuò)誤，提升解題能力。二、化學(xué)熱力學(xué)基礎(chǔ)（一）知識(shí)點(diǎn)回顧1.標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)焓變（Δ?H?°）：由標(biāo)準(zhǔn)生成焓（Δ?H?°）計(jì)算，公式為：$$\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}=\sum\nu(\text{產(chǎn)物})\cdot\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{產(chǎn)物})-\sum\nu(\text{反應(yīng)物})\cdot\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{反應(yīng)物})$$其中$\nu$為化學(xué)計(jì)量數(shù)（產(chǎn)物取正，反應(yīng)物取負(fù)）。2.標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)熵變（Δ?S?°）：由標(biāo)準(zhǔn)摩爾熵（$S_{\text{m}}^{\circ}$）計(jì)算，公式類(lèi)似：$$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}=\sum\nu(\text{產(chǎn)物})\cdotS_{\text{m}}^{\circ}(\text{產(chǎn)物})-\sum\nu(\text{反應(yīng)物})\cdotS_{\text{m}}^{\circ}(\text{反應(yīng)物})$$3.標(biāo)準(zhǔn)摩爾反應(yīng)吉布斯自由能變（Δ?G?°）：直接計(jì)算：$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=\sum\nu(\text{產(chǎn)物})\cdot\Delta_{\text{f}}G_{\text{m}}^{\circ}(\text{產(chǎn)物})-\sum\nu(\text{反應(yīng)物})\cdot\Delta_{\text{f}}G_{\text{m}}^{\circ}(\text{反應(yīng)物})$吉布斯公式：$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}-T\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}$（$T$為絕對(duì)溫度）。4.反應(yīng)自發(fā)性判斷（恒溫恒壓，非體積功為0）：$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}<0$：正向自發(fā)；$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=0$：達(dá)到平衡；$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}>0$：正向非自發(fā)（逆向自發(fā)）。（二）典型例題解析例題1：計(jì)算298K、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，反應(yīng)$2\text{H}_2(\text{g})+\text{O}_2(\text{g})=2\text{H}_2\text{O}(\text{l})$的$\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}$、$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}$和$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}$，并判斷反應(yīng)自發(fā)性。已知數(shù)據(jù)（298K）：$\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})=-285.8\\text{kJ·mol}^{-1}$，$\Delta_{\text{f}}G_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})=-237.1\\text{kJ·mol}^{-1}$；$S_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2,\text{g})=130.7\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$，$S_{\text{m}}^{\circ}(\text{O}_2,\text{g})=205.2\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$，$S_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})=69.9\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$。解析：1.計(jì)算Δ?H?°：反應(yīng)物為$\text{H}_2(\text{g})$、$\text{O}_2(\text{g})$（穩(wěn)定單質(zhì)，$\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}=0$），產(chǎn)物為$\text{H}_2\text{O}(\text{l})$。$$\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}=2\times\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})-\left(2\times\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2,\text{g})+1\times\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}(\text{O}_2,\text{g})\right)$$$$=2\times(-285.8)-(2\times0+1\times0)=-571.6\\text{kJ·mol}^{-1}$$2.計(jì)算Δ?S?°：$$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}=2\timesS_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})-\left(2\timesS_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2,\text{g})+1\timesS_{\text{m}}^{\circ}(\text{O}_2,\text{g})\right)$$$$=2\times69.9-(2\times130.7+205.2)=139.8-(261.4+205.2)=-326.8\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$$3.計(jì)算Δ?G?°：方法一（直接用Δ?G?°）：$$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=2\times\Delta_{\text{f}}G_{\text{m}}^{\circ}(\text{H}_2\text{O},\text{l})-(2\times0+1\times0)=2\times(-237.1)=-474.2\\text{kJ·mol}^{-1}$$方法二（吉布斯公式）：需統(tǒng)一單位（將$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}$轉(zhuǎn)換為$\text{kJ·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$）：$$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}=-326.8\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}=-0.3268\\text{kJ·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$$$$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}-T\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}=-571.6-298\times(-0.3268)\approx-474.2\\text{kJ·mol}^{-1}$$4.自發(fā)性判斷：$\Delta_{\text{r}}G_{\text{m}}^{\circ}=-474.2\\text{kJ·mol}^{-1}<0$，故298K、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下反應(yīng)正向自發(fā)。易錯(cuò)點(diǎn)提示：穩(wěn)定單質(zhì)的$\Delta_{\text{f}}H_{\text{m}}^{\circ}=0$，但$S_{\text{m}}^{\circ}\neq0$（如$\text{H}_2$的$S_{\text{m}}^{\circ}=130.7\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$），不能混淆。計(jì)算時(shí)需統(tǒng)一單位（如$\Delta_{\text{r}}H_{\text{m}}^{\circ}$用$\text{kJ·mol}^{-1}$，$\Delta_{\text{r}}S_{\text{m}}^{\circ}$用$\text{kJ·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}$），避免單位錯(cuò)誤。三、原子結(jié)構(gòu)與元素周期律（一）知識(shí)點(diǎn)回顧1.電子排布規(guī)則：泡利不相容原理（每個(gè)軌道最多2個(gè)電子，自旋相反）、能量最低原理（電子優(yōu)先填充低能軌道）、洪特規(guī)則（等價(jià)軌道半滿、全滿或全空更穩(wěn)定）。2.原子半徑：同周期（左→右）核電荷數(shù)增加，電子層數(shù)相同，原子半徑遞減；同主族（上→下）電子層數(shù)增加，原子半徑遞增。3.電離能（$I$）：同周期（左→右）遞增（ⅡA>ⅢA、ⅤA>ⅥA為特例，因半滿/全滿穩(wěn)定）；同主族（上→下）遞減。4.電負(fù)性（$\chi$）：同周期（左→右）遞增；同主族（上→下）遞減（$F>O>Cl>N>Br>I>S>C>Si>Al>Mg>Na$）。（二）典型例題解析例題2：寫(xiě)出Fe原子（$Z=26$）的核外電子排布式，并解釋其常見(jiàn)氧化態(tài)（+2、+3）的原因。解析：1.電子排布式：Fe的原子序數(shù)$Z=26$，核外電子數(shù)=26。根據(jù)電子填充順序（$1s→2s→2p→3s→3p→4s→3d$），電子排布式為：$$1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^6$$簡(jiǎn)化為稀有氣體核外電子（[Ar]）加價(jià)電子：$$[\text{Ar}]4s^23d^6$$2.常見(jiàn)氧化態(tài)分析：Fe的價(jià)電子為$4s^23d^6$（$4s$能量低于$3d$，但失去電子時(shí)先失去$4s$電子）：失去2個(gè)$4s$電子：形成$\text{Fe}^{2+}$（電子排布$[\text{Ar}]3d^6$），氧化態(tài)+2；再失去1個(gè)$3d$電子：形成$\text{Fe}^{3+}$（電子排布$[\text{Ar}]3d^5$，$3d$半滿，更穩(wěn)定），氧化態(tài)+3。因此，F(xiàn)e常見(jiàn)+2、+3價(jià)，且+3價(jià)因$3d$半滿更穩(wěn)定（如$\text{FeCl}_3$比$\text{FeCl}_2$更穩(wěn)定）。易錯(cuò)點(diǎn)提示：電子填充順序是$4s$先于$3d$，但失去電子時(shí)$4s$先于$3d$（如Fe失去電子時(shí)，先失去$4s$的2個(gè)電子，再失去$3d$的電子），不能誤認(rèn)為先失去$3d$電子。洪特規(guī)則特例：如Cr（$Z=24$）的電子排布為$[\text{Ar}]4s^13d^5$（半滿穩(wěn)定），而非$[\text{Ar}]4s^23d^4$；Cu（$Z=29$）為$[\text{Ar}]4s^13d^{10}$（全滿穩(wěn)定），而非$[\text{Ar}]4s^23d^9$，需注意這些特例。四、分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)鍵（一）知識(shí)點(diǎn)回顧1.價(jià)鍵理論（VB法）：共價(jià)鍵的形成：原子間通過(guò)共用電子對(duì)（自旋相反）結(jié)合，具有飽和性（成鍵數(shù)=未成對(duì)電子數(shù)）和方向性（沿軌道重疊最大方向成鍵）。雜化軌道理論：原子成鍵時(shí)，價(jià)層軌道重新組合形成雜化軌道（如$sp$、$sp^2$、$sp^3$雜化），雜化軌道數(shù)=價(jià)層電子對(duì)數(shù)（$\sigma$鍵數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)）。2.分子極性：非極性分子：正、負(fù)電荷中心重合（如$\text{CH}_4$、$\text{CO}_2$）；極性分子：正、負(fù)電荷中心不重合（如$\text{H}_2\text{O}$、$\text{NH}_3$）。3.氫鍵：存在于含$F$、$O$、$N$（電負(fù)性大、半徑?。┑姆肿娱g（如$\text{H}_2\text{O}$、$\text{NH}_3$、$\text{HF}$），使物質(zhì)的熔沸點(diǎn)升高（如$\text{H}_2\text{O}$的熔沸點(diǎn)高于$\text{H}_2\text{S}$）。（二）典型例題解析例題3：判斷$\text{CH}_4$分子的雜化類(lèi)型、空間構(gòu)型及極性。解析：1.計(jì)算價(jià)層電子對(duì)數(shù)：$\text{CH}_4$的中心原子為C，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=$\sigma$鍵數(shù)+孤電子對(duì)數(shù)。$\sigma$鍵數(shù)：C與4個(gè)H形成4個(gè)$\sigma$鍵，故$\sigma$鍵數(shù)=4；孤電子對(duì)數(shù)：C的價(jià)電子數(shù)=4，與H共用4個(gè)電子，故孤電子對(duì)數(shù)=$(4-4)/2=0$。因此，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4+0=4。2.雜化類(lèi)型：價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4，對(duì)應(yīng)$sp^3$雜化（4個(gè)$sp^3$雜化軌道，夾角109.5°）。3.空間構(gòu)型：價(jià)層電子對(duì)數(shù)=4，孤電子對(duì)數(shù)=0，故空間構(gòu)型為正四面體（4個(gè)H位于正四面體頂點(diǎn)，C位于中心）。4.分子極性：$\text{CH}_4$為正四面體結(jié)構(gòu)，C-H鍵的極性相互抵消，正、負(fù)電荷中心重合，故為非極性分子。易錯(cuò)點(diǎn)提示：價(jià)層電子對(duì)數(shù)計(jì)算時(shí)，孤電子對(duì)數(shù)=（中心原子價(jià)電子數(shù)-與配體共用電子數(shù)）/2（如$\text{NH}_3$的中心原子N，價(jià)電子數(shù)=5，與3個(gè)H共用3個(gè)電子，孤電子對(duì)數(shù)=$(5-3)/2=1$，價(jià)層電子對(duì)數(shù)=3+1=4，$sp^3$雜化，空間構(gòu)型三角錐）。分子極性判斷：需結(jié)合結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)性（如$\text{CO}_2$為直線型，非極性；$\text{H}_2\text{O}$為V型，極性），不能僅看是否含極性鍵（如$\text{CH}_4$含極性鍵，但結(jié)構(gòu)對(duì)稱(chēng)，非極性）。五、配位化學(xué)基礎(chǔ)（一）知識(shí)點(diǎn)回顧1.配位單元：由中心離子（或原子）與配體通過(guò)配位鍵結(jié)合形成的結(jié)構(gòu)單元（如$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+}$）。2.配體與配位數(shù)：配體：提供孤電子對(duì)的分子或離子（如$\text{NH}_3$、$\text{Cl}^-$）；配位數(shù)：中心離子周?chē)苯咏Y(jié)合的配體原子數(shù)（如$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+}$的配位數(shù)=4）。3.配位化合物命名：順序：外界→內(nèi)界（內(nèi)界：配體數(shù)→配體名稱(chēng)→“合”→中心離子（氧化態(tài)，羅馬數(shù)字））；配體順序：先無(wú)機(jī)配體，后有機(jī)配體；先陰離子配體，后中性配體（如$[\text{PtCl}_2(\text{NH}_3)_2]$命名為二氯二氨合鉑(Ⅱ)）。（二）典型例題解析例題4：命名配位化合物$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]\text{SO}_4$，并指出其中心離子、配體、配位數(shù)。解析：1.結(jié)構(gòu)分析：配位化合物由內(nèi)界（$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+}$）和外界（$\text{SO}_4^{2-}$）組成。2.命名：外界：$\text{SO}_4^{2-}$，命名為“硫酸”；內(nèi)界：配體為$\text{NH}_3$（中性配體，命名為“氨”），配體數(shù)=4（前綴“四”）；中心離子為$\text{Cu}^{2+}$（氧化態(tài)+2，羅馬數(shù)字Ⅱ）。因此，命名為硫酸四氨合銅(Ⅱ)。3.中心離子、配體、配位數(shù)：中心離子：$\text{Cu}^{2+}$（提供空軌道，接受配體的孤電子對(duì)）；配體：$\text{NH}_3$（提供孤電子對(duì)，為中性配體）；配位數(shù)：$\text{Cu}^{2+}$周?chē)Y(jié)合4個(gè)$\text{NH}_3$分子，故配位數(shù)=4。易錯(cuò)點(diǎn)提示：配位數(shù)計(jì)算時(shí)，多齒配體需算齒數(shù)（如EDTA為六齒配體，$[\text{Ca(EDTA)}]^{2-}$的配位數(shù)=6），不能僅算配體個(gè)數(shù)。氧化態(tài)計(jì)算：內(nèi)界整體電荷=外界電荷（符號(hào)相反），如$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]\text{SO}_4$的外界$\text{SO}_4^{2-}$電荷為-2，故內(nèi)界$[\text{Cu(NH}_3\text{)}_4]^{2+}$電荷為+2；$\text{NH}_3$為中性配體，故$\text{Cu}$的氧化態(tài)=+2（+2+4×0=+2）。六、元素化學(xué)（以鹵素為例）（一）知識(shí)點(diǎn)回顧1.鹵素單質(zhì)（$\text{X}_2$）：氧化性：$\text{F}_2>\text{Cl}_2>\text{Br}_2>\text{I}_2$（同主族，從上到下，原子半徑增大，得電子能力減弱）；與水反應(yīng)：$\text{F}_2$劇烈反應(yīng)生成$\text{O}_2$（$2\text{F}_2+2\text{H}_2\text{O}=4\text{HF}+\text{O}_2$）；$\text{Cl}_2$、$\text{Br}_2$、$\text{I}_2$與水反應(yīng)生成氫鹵酸和次鹵酸（$X_2+\text{H}_2\text{O}=HX+HXO$）。2.鹵化氫（HX）：穩(wěn)定性：$\text{HF}>\text{HCl}>\text{Br}_2>\text{HI}$（同主族，從上到下，鍵能遞減）；酸性：$\text{HF}<\text{HCl}<\text{Br}_2<\text{HI}$（同主族，從上到下，鍵能遞減，解離度增大）。3.鹵素含氧酸（$HXO_n$）：酸性：同一元素的含氧酸，氧化態(tài)越高，酸性越強(qiáng)（如$\text{HClO}<\text{HClO}_2<\text{HClO}_3<\text{HClO}_4$）；氧化性：同一元素的含氧酸，氧化態(tài)越低，氧化性越強(qiáng)（如$\text{HClO}>\text{HClO}_2>\text{HClO}_3>\text{HClO}_4$）。（二）典型例題解析