第 4 题

亚洲金都。台湾东北部的九份曾是亚洲最大金矿之一。A 部分。KCN 用于从矿石中浸出金：

\ce{4Au(s) + 8CN-(aq) + O2(g) + 2H2O(l) -> 4[Au(CN)2]-(aq) + 4OH-(aq)}

。(4.A-1) 指出

\ce{[Au(CN)2]-}

的空间构型。(4.A-2) 浸出 20 g 金需多少克 KCN？（

M(\ce{Au}) = 197

，

M(\ce{KCN}) = 65.12

g mol

^{-1}

。）王水（浓盐酸与浓硝酸体积比 3:1）通过氧化还原反应溶解金：

\ce{Au(s) + 3NO3-(aq) + 6H+(aq) + 4Cl-(aq) -> [AuCl4]-(aq) + 3NO2(g) + 3H2O(l)}

。(4.A-3) 写出半反应并配平总反应式。(4.A-4) 指出氧化剂和还原剂。(4.A-5) 已知

\ce{Au^{3+} + 3e- -> Au(s)}

（

E^\circ = +1.50

V）和

\ce{[AuCl4]- + 3e- -> Au(s) + 4Cl-}

（

E^\circ = +1.00

V），计算

25\ ^\circ\mathrm{C}

下的生成常数

K_f = \frac{[\ce{[AuCl4]-}]}{[\ce{Au^{3+}}][\ce{Cl-}]^4}

（

RT\ln10/F = 0.059

V）。B 部分。金纳米颗粒（AuNP）。在 Brust-Schiffrin 法中，将

\ce{HAuCl4}

水溶液用四辛基溴化铵相转移至甲苯中，加入十二烷硫醇，再以过量

\ce{NaBH4}

还原，得到粒径受控的 AuNP。(4.B-1) 该方法是自上而下（top-down）还是自下而上（bottom-up）？(4.B-3)

\ce{NaBH4}

的作用是什么？(4.B-4) 若 AuNP 平均直径为 3.0 nm，Au 原子半径为 0.144 nm，估算每个纳米颗粒中的 Au 原子数。(4.B-5) 估算位于纳米颗粒表面的 Au 原子百分比。

第 1/4 步：氰化反应的化学计量

m(\ce{KCN}) = \frac{20\ \text{g}}{197\ \text{g mol}^{-1}}\times\frac{8}{4}\times65.12\ \text{g mol}^{-1} = 13.02\ \text{g};\quad \ce{[Au(CN)2]-}\ \text{is linear}

分析

配平方程式表明每摩尔 Au 需 2 摩尔 KCN。20 g 金为 $20/197 = 0.1015$ mol，需 $0.203$ mol = 13.02 g KCN。作为含两个配体的 $d^{10}$ 配离子， $\ce{[N#C-Au-C#N]-}$ 为直线形。