1、基础化学习题09doc第九章 原子结构和元素周期律首 页难题解析学生自测题学生自测答案章后习题答案难题解析 TOP 例9-1 什么是原子轨道？原子轨道是什么样子？析 原子轨道不是像月球绕地球运动或地球绕太阳运动的那种圆形或椭圆形的运动轨迹，因为原子核外的电子具有波粒二象性，不可能同时有确定的位置和速度，也就无法按照一定方向行进。电子的运动并不是没有规律可循：我们不能知道某一刻电子在什么位置，但是我们能知道它出现在那个位置的可能性有多大。为了表达这样的概率，人们发现了波函数。波函数的几何图形就是原子轨道的形状。答 原子中的电子在核外空间出现的概率是通过波函数描述的，波函数的平方的意义是电子在核外
2、空间出现的概率密度。习惯上把这种描述电子运动的波函数称作原子轨道。原子轨道的角度部分和径向部分可以用几何图形表现出来。角度部分的几何图形是原子轨道的形状，如s轨道是球形的，p轨道是哑铃形的。径向部分的图形是曲线，例如径向分布函数曲线的峰表现据原子核一定距离处电子概率的极大值。例9-2 概率密度、概率、径向分布函数之间是些什么关系？析 概率就是可能性。电子在原子核外的整个无限区间出现的概率为1，在空间某一有限区域出现的概率必小于1。这个空间区域电子概率的大小与空间区域的大小和概率密度有关，是这两个因素的总体体现。答 概率密度反映了电子在原子核外的某一点周围微小区域单位体积内出现的概率，概率密度与
3、此微体积的乘积就是这个微区域的电子概律；把微体积扩大到无限空间，概率等于1。如果把微小区域定义为离原子核一定距离的球形表面乘以表面上微壳层的厚度，那么概率密度函数乘以求表面积所得到的径向分布函数，表现了离原子核一定距离处电子概率的大小。例9-3 为什么周期表中从左到右原子半径减小，从上到下原子半径增大？非金属元素的原子一般都比金属原子小吗？析 原子半径的大小可以表现为电子出现的平均概率离原子核的远近，或者直接说电子离核的远近，它受核对电子吸引力大小的直接影响。所以本题的关键是有效核电荷的变化规律。答 同一周期从左到右各元素原子的核电荷和主族元素原子的外层电子数都逐一增加；因为电子层数不变，同层
4、电子的屏蔽效应不大，有效核电荷增加就明显。有效核电荷愈大，对外层电子的吸引力愈大，原子半径就愈小。所以周期表中从左到右原子半径减小。从上到下各元素原子的电子层数逐一增加，由于内层电子的屏蔽效应，有效核电荷增加缓慢，但电层数是增多的，所以原子半径就增大。从此规律来看，原子半径小的元素分布在周期表的右上角，非金属元素也正好在此位置，因此非金属元素原子一般比同周期金属小，也比同一族的金属小。例9-4 为什么第n电子层有n2个原子轨道，能容纳2n2个电子？析 本题要么看似简单，要么不好作答。解题关键是明确决定原子轨道和决定电子运动状态的量子数的取值规律。答：电子层由主量子数n确定，而原子轨道必须由n
5、, l , m三个量子数来确定。l取值受n的制约，m取值又受l的制约。第n电子层中，l取0到(n-1)的n个值，给出n个电子亚层；l电子亚层中，m取-l到+l的2l+1个值，即l亚层共有2l+1个原子轨道。所以第n电子层的原子轨道数按各亚层排列应该是： 1个、3个、5个、2(n-1)+1=2n-1个。现在求和这些奇数，得n2。一个原子轨道最多容纳自旋相反的两个电子，所以第n电子层的n2个原子轨道能容纳2n2个电子。学生自测题 TOP 判断题 选择题 填空题 问答题 计算题一、判断题（对的打，错的打，共10分）1. 激发态氢原子的电子组态可写成3s1。 ( )2. s区元素原子的内电子层都是全充
6、满的。 ( )3. 氢原子的1s电子激发到3s轨道要比激发到3p轨道所需的能量少。 ( )4. 非金属元素的电负性均大于2。 ( )5. p区和d区元素多有可变的氧化值，s区元素（H除外）没有。 ( )6. M电子层原子轨道的主量子数都等于3。 ( )7. 最外层电子组态为ns1或ns2的元素，都在s区。 ( )8. 基态氢原子的能量具有确定值，但它的核外电子的位置不确定。 ( )9. s电子在球面轨道上运动，p电子在双球面轨道上运动。 ( )10. 依据能级由低到高顺序、遵守Pauli不相容原理排布电子就写出基态原子的电子组态。 ( )二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出，每题1分，共2
7、0分） TOP 1. 某原子的基态电子组态是Xe4f145d106s2，该元素属于 ( )A. 第六周期，IIA族，s区 B. 第六周期，IIB族，p区C. 第六周期，IIB族，f区 D. 第六周期，IIA族，d区E. 第六周期，IIB族，ds区 2. 某一电子有下列成套量子数(n、l、m、s )，其中不可能存在的是 ( )A. 3，2，2，1/2 B. 3，1，-1，1/2 C. 1，0，0，-1/2 D. 2，-1，0，1/2 E. 1，0，0，1/2 3.下列说法中，正确的是 ( )A. 主量子数为1时，有自旋相反的两个轨道。B. 主量子数为3时，3s、3p、3d共三个轨道。C. 在除氢
8、以外的原子中，2 p能级总是比2s能级高。 D. 电子云是电子出现的概率随r变化的图像。E. 电子云图形中的小黑点代表电子。4. 基态 24Cr 的电子组态是 ( )A. Ar4s23d4 B. Kr 3d44s2 C. Ar 3d54s1D. Xe4s13d5 E. Xe 3d44s25.下图中表示基态Fe原子的3d和4s轨道中8个电子排布正确的是 ( )A. B. C. D. E. 6. He的El s与Kr的El s相比，应有 ( )A. El s(He) = El s(Kr) B. El s(He)El s(Kr) C. El s(He)El s(Kr) D. El s(He) El
9、s(Kr) E. 无法比较。7. 在多电子原子中，决定电子能量的量子数为 ( )A. n B. n和l C. n，l和m D. l E. n，l，m，和s 8. 某原子的基态电子组态是Kr4d105s25p1，该元素的价层电子是 ( )A. 4d105s25p1 B. 5s25p1 C. 5p1D. 4d10 E. 4d105p19. 基态19K原子最外层电子的四个量子数应是 ( )A. 4，1，0，1/2 B. 4，1，1，1/2 C. 3，0，0，1/2 D. 4，0，0，1/2 E. 4，1，-1，1/2 10. 氢原子的s轨道波函数 ( )A. 与,无关 B. 与有关 C. 与,有关
10、D. 与r无关 E. 与r,有关 11. de Broglie关系式是 ( )A. xp h / 4 B. h = E2 - E1 C. = h / p D. = c / E. p = m 12.电子排布为Ar3d64s0者，可以表示 ( )A. 25Mn2+ B. 26Fe3+ C. 27Co3+ D. 28Ni2+ E. 24Cr3+ 13. 径向分布函数图表示 ( )A. 核外电子出现的概率密度与r 的关系B. 核外电子出现的概率与r 的关系C. 核外电子的R 与r 的关系 D. 核外电子的R 2 与r 的关系E. 核外电子的r R 与r 的关系14.一电子的钻穿能力与它受其他电子屏蔽作
11、用之间的关系是 ( )A. 能力越大，作用越小 B. 能力越大，作用越大 C. 两者无关系D. A和B两种关系都可能 E. 只能有一项存在15. 填电子时下列能级能量最高的是 ( )A. n = 1，l = 0 B. n = 2，l = 0 C. n = 4，l = 0 D. n = 3，l = 2 E. n = 2，l = 116.下列能级属于同一个能级组的是 ( )A. 3s3p3d B. 4s4p4d4f C. 6p7s5f6d D. 4f5d6s6p E. 2s2p3s 17.下列哪一种电子层的结构不是卤素的电子结构 ( )A. 7 B 2，7 C. 2，8，7 D. 2，8，18，7
12、 E. 2，8，18，18，7 18.下列关于原子轨道角度分布图的节面说法是正确的是 ( )A. Ys有1个节面 B. YPy的节面是xz平面C. YPy的节面是yz平面 D. YPy的节面是xy平面E. YPy的节面有2个 19.下列关于电子亚层的正确说法是 ( )A. p亚层有一个轨道 B. 同一亚层的各轨道是简并的C. 同一亚层电子的运动状态相同 D. d亚层全充满的元素属主族E. s亚层电子的能量低于p亚层电子 20. 下列元素中3d能量高于4s的是 ( )A. Fe B. Br C. Ca D. Mn E. Zn三、填空题（每空1分，共20分） TOP1. 基态氢原子中，离核愈近，电
13、子出现的 愈大，但是在离核距离为52.9 pm的薄球壳中电子出现的 愈大2. n = 3，l = 1的原子轨道属 能级，该能级有 个简并轨道，半充满时，若用4个量子数的组合分别表示这些电子的状态，应该将它们写成 。具有这样电子组态的原子的核电荷数为 ，其元素符号是 。3. 基态原子中3d能级半充满的元素是 和 。136号元素中，基态原子核外电子中未成对电子最多的元素是 。4. 最外层电子组态为5s25p4的元素处在元素周期表的 区第 周期 族原子序数为 。5. A原子比B原子多一个电子，已知A原子是原子量最小的活泼金属，则B元素是 。6. 某基态原子有以下5个电子，它们的4个量子数的组合分别是
14、：A. 2，0，0，+1/2； B. 3，1，-1，-1/2； C. 3，2，0，+1/2； D. 3，2，-2，-1/2；E. 3，0，0，-1/2。它们的轨道符号分别为 ，能量由高到低为 。7.屏蔽作用使电子的能量 ，钻穿作用是电子的能量 。8.填写下表：(基态)元素符号位置（区、周期、族）价层电子组态单电子数As3d54s1ds区、4周期、BZr4d25s2四、问答题（30分） TOP1.下列各组量子数，哪些是错误的，为什么？怎样改正？A. 若n = 2 l = 1 m = 0 B. 若n = 2 l = 2 m = -1 C. 若n = 3 l = 0 m = +1 D. 若n = 2
15、 l = 3 m = +22.若将以下基态原子的电子排布写成下列形式，各违背了什么原理？并改正之。A. 5B 1s22s3 B. 4Be 1s22p2 C. 7N 1s22s22px22py13.什么叫做屏蔽作用？为什么在多电子原子中E3sE3p 3p 3s 2s7.升高，降低8.填写下表：(基态)元素符号位置（区、周期、族）价层电子组态单电子数p、4、VA4s24p33Crd、4、VIB6Cu3d104s11d、5、IVB2四、问答题1. C错误，当l = 0时，m = 0；D错误，当n = 2时，l = 0,1,2。 2.A违背了Pauli不相容原理，应为5B：1s22s22p1；B违背了
16、能量最低原理，应为4Be：1s22s2；C违背了Hund规则，应为7N：1s22s22px12py12pz1。3. 原子中某电子受内层或同层其它电子的排斥，抵消了部分核电荷它的吸引，称为其它电子对该电子的屏蔽作用。第3电子层中，3s的D(r) 有3个峰，3p有2个峰，3d有1个峰。D(r) 的峰越多，电子在核附近出现的可能性越大，电子的钻穿能力愈强，受到其它电子的屏蔽就愈弱，能量就愈低。因此能级顺序是：E3sE3p E3d。4. p轨道的角度分布图与方位角和有关，函数在相关平面上的值为零，这个平面式节面；在节面两侧代数值符号相反形成两个球形波瓣。电子云图形与相应p轨道的角度分布图有共同的节面，
17、但两侧波瓣较瘦，而且没有代数符号区别，代表了电子在节面两侧空间出现的概率密度。5.试预测第七周期最后一个元素的原子序数应是多少，并说明理由。五、计算题1. 1312kJmol-1。2. 216kJmol-1。3. 26.0 pm。4. 4.4110-19J。章后习题答案 TOP1. 如电子的波动性是指高速运动的电子不可能像经典粒子那样去描述它的运动轨迹和运动状态，因为它在空间的位置和运动速度不可能同时被精确测定。因此，电子的运动状态只能用统计的方法表达，即描述处在一定能态的电子在空间某区域出现的概率。量子力学用波函数的平方值得到了这个概率密度，所以说电子波是概率波。而电磁波一种能量波，是电荷振
18、荡或加速时电场和磁场的周期性振荡的能量传播。2. 上述说法不正确。原子中的电子不可能有经典的轨道，因此不能说电子沿着什么几何轨迹运动。这里所说的1s轨道和2p轨道都是指波函数，1s波函数的几何形状是球形的，2p波函数的几何形状由两个球形波瓣构成，俗称哑铃形，而不是8字形。1s轨道表明处在这个能级的电子在原子核外球形空间都可以出现，但在空间各球面上的概率不一样。2p轨道表明处在这个能级的电子在一个坐标平面的两侧都可以出现，但是在此坐标平面上出现的概率为零。3. 由de Broglie关系式4. 由de Broglie关系式de Broglie波长如此之小，可以完全忽略子弹的波动行为；由测不准关系
19、式这样小的位置误差完全可以忽略不计，子弹可以精确地沿着弹道轨迹飞行。5. 根据Paili不相容原理，原子中没有两个电子有着完全相同的一套量子数n，l，m和s。如果描述电子运动的一套量子数中，两个电子的n，l，和m相同，即处在同一原子轨道上，那么它们的自旋量子数s必须不同，由于自旋量子数只有两个值，所以一个原子轨道只能容纳2个电子。6. 2p轨道； 3d轨道； 5f轨道； 2p能级，m = -1的轨道不是实函数，无法描述几何图形； 4s轨道。7. 8. 2s亚层只有1个轨道； 3f亚层不存在，因为n=3的电子层中l只能小于3，没有l=3的f轨道； 4p亚层有3个轨道； 5d有5个轨道。9. 原子
20、序数电子排布式价层电子排布周期族Kr4d105s25p15s25p15IIIA102s22p62024Ar3d54s14VIB80Xe4f145d106s25d106s210. Ar3d54s2，5个未成对电子； Ar3d104s24p6，没有未成对电子； 原子的电子排布式为Kr5s2，+2离子的电子排布式为Kr5s0，离子没有未成对电子； Ar3d104s24p3，3个未成对电子。11. Ag+：Kr4d10；Zn2+：Ar3d10；Fe3+：Ar3d5；Cu+：Ar3d10。12. 该元素的电子排布式为Ar3d54s1，它在周期表中属于4周期、VIB族、d区。由于是d区过渡元素，其前后相邻
21、原子的原子半径约以5pm的幅度递减。13. 这五个元素在周期表中的位置是族IIAIIBV AVIAVIIA周期2F3S4CaZnAs由于周期表中，从左到右元素电负性递增，从上到下元素电负性递减，故各原子按电负性降低次序的排列是：F、S、As、Zn、Ca。14. 原子价层电子排布是ns2np2，IV A族元素；该原子价层电子排布是3d64s2，4周期VIIIB族的Fe元素；该原子价层电子排布是3d104s1，4周期IB族的Cu元素。Exercises1. The mass of the neutron, mn = 1.6710-27 kg, therefore the wavelength of
22、 a neutron traveling at a speed of 3.90 kms-1 is obtained by using the de Broglie relation:2. For M shell, n = 3, so where there are 3 subshells. As l = 3 for f subshell, the number of orbitals is 2l+1 = 7.3. All the electron configurations are possible except that one in answer (3), which allows 8 electrons filled in three 2p orbitals.4. Thallium is a main-group element at Period 6 and Group IIIA of the periodic table.(1) Cs, Ba, Sr; (2) Ca, Ga, Ge; (3) As, P, S
