大學無機化學第五章試題及答案

10/10大學無機化學第五章試題及答案第五章原子結(jié)構(gòu)和元素周期表

本章總目標：

1：了解核外電子運動的特殊性，會看波函數(shù)和電子云的圖形

2：能夠運用軌道填充順序圖，按照核外電子排布原理，寫出若干元素的電子構(gòu)型。

3：掌握各類元素電子構(gòu)型的特征

4：了解電離勢，電負性等概念的意義和它們與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。

各小節(jié)目標：

第一節(jié)：近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立學會討論氫原子的玻爾行星模型213.6EeVn=

。第二節(jié)：微觀粒子運動的特殊性

1：掌握微觀粒子具有波粒二象性（hhPmvλ=

=）。2：學習運用不確定原理（2hxPm

π???≥

）。第三節(jié)：核外電子運動狀態(tài)的描述

1：初步理解量子力學對核外電子運動狀態(tài)的描述方法——處于定態(tài)的核外電子在核外空間的概率密度分布（即電子云）。

2：掌握描述核外電子的運動狀態(tài)——能層、能級、軌道和自旋以及4個量子數(shù)。

3：掌握核外電子可能狀態(tài)數(shù)的推算。

第四節(jié)：核外電子的排布

1：了解影響軌道能量的因素及多電子原子的能級圖。

2;掌握核外電子排布的三個原則：

○

1能量最低原則——多電子原子在基態(tài)時，核外電子盡可能分布到能量最低的院子軌道。

○

2Pauli原則——在同一原子中沒有四個量子數(shù)完全相同的電子，或者說是在同一個原子中沒有運動狀態(tài)完全相同的電子。

○3Hund原則——電子分布到能量簡并的原子軌道時，優(yōu)先以自旋相同的方式

分別占據(jù)不同的軌道。

3:學會利用電子排布的三原則進行

第五節(jié)：元素周期表

認識元素的周期、元素的族和元素的分區(qū)，會看元素周期表。

第六節(jié)：元素基本性質(zhì)的周期性

掌握元素基本性質(zhì)的四個概念及周期性變化

1：原子半徑——○1從左向右，隨著核電荷的增加，原子核對外層電子的吸引力也增加，使原子半徑逐漸減??；○2隨著核外電子數(shù)的增加，電子間的相互斥力也增強，使得原子半徑增加。但是，由于增加的電子不足以完全屏蔽增加的核電荷，因此從左向右有效核電荷逐漸增加，原子半徑逐漸減小。

2：電離能——從左向右隨著核電荷數(shù)的增多和原子半徑的減小，原子核對外層電子的引力增大，電離能呈遞增趨勢。

3：電子親和能——在同一周期中，從左至右電子親和能基本呈增加趨勢，同主族，從上到下電子親和能呈減小的趨勢。

4：電負性——在同一周期中，從左至右隨著元素的非金屬性逐漸增強而電負性增強，在同一主族中從上至下隨著元素的金屬性依次增強而電負性遞減。

習題

一選擇題

1.3d電子的徑向函數(shù)分布圖有（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.1個峰

B.2個峰

C.3個峰

D.4個峰

2.波函數(shù)一定，則原子核外電子在空間的運動狀態(tài)就確定，但仍不能確定的是（）

A.電子的能量

B.電子在空間各處出現(xiàn)的幾率密度

C.電子距原子核的平均距離

D.電子的運動軌跡

3.在下列軌道上的電子，在xy平面上的電子云密度為零的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.3s

B.3px

C.3pz

D.3dz2

4.下列各組量子數(shù)中，合理的一組是（）

A.n=3，l=1，ml=+1，ms=+1/2

B.n=4，l=5，ml=-1，ms=+1/2

C.n=3，l=3，ml=+1，ms=-1/2

D.n=4，l=2，ml=+3，ms=-1/2

5.第四周期元素原子中未成對電子數(shù)最多可達（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.4

B.5C.6D.7

6.下列電子的量子數(shù)（n，l，m和ms）不合理的是（）

A.3，0，0，+1/2

B.3，0，0，-1/2

C.3，1，0，-1/2

D.3，3，0，+1/2

7.對3d電子來說，下列各組量子數(shù)中不正確的是（）

A.3，2，2，+1/2

B.3，2，1，-1/2

C.3，2，0，+1/2

D.3，1，1，+1/2

8.主量子數(shù)n=4能層的亞層數(shù)是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.3

B.4

C.5

D.6

9.電子的鉆穿本領(lǐng)及其受其它電子屏蔽效應(yīng)之間的關(guān)系（）

A.本領(lǐng)越大，效應(yīng)越小

B.本領(lǐng)越大，效應(yīng)越大

C.兩者無關(guān)系

D.以上都不對

10.Pb2+離子的價電子層結(jié)構(gòu)是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.6s26p2

B.5s25p2

C.6s2

D.5s25p65d106s2

11.在多電子原子中，下列電子具有如下量子數(shù)，其中能量最高的電子是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.2，1，0，-1/2

B.2，1，1，-1/2

C.3，1，1，+1/2

D.3，2，-2，-1/2

12.當基態(tài)原子的第五電子層只有2個電子時，則原子的第四電子層的電子數(shù)為（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.8B.18C.8~18D.8~32

13.下列離子中的電子構(gòu)型可以用[A1]3d6表示的是（）

A.Mn2+

B.Fe3+C.Co3+D.Ni2+

14.下列元素原子半徑的排列順序正確的是（）

A.Mg＞B＞Si＞Ar

B.Ar＞Mg＞Si＞B

C.Si＞Mg＞B＞Ar

D.B＞Mg＞Ar＞Si

15.下列元素中，原子半徑最接近的一組（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.Ne、Ar、Kr、Xe

B.Mg、Ca、Sr、Ba

C.B、C、N、O

D.Cr、Mn、Fe、Co

16.鑭系收縮是下列各對元素中性質(zhì)最相似的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.Zr和HfB.Ru和Rh

C.Mn和TcD.Nd和Ta

17.已知某元素原子的價電子層結(jié)構(gòu)為3d54s2，則該元素在周期表中位置為（）

A.第四周期第ⅡA族

B.第四周期第ⅡB族

C.第四周期第VⅡA族

D.第四周期第VⅡB族

18.在下列元素中，電負性大小順序正確的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.F＞N＞O

B.O＞Cl＞O

C.AS＞P＞H

D.Cl＞S＞AS

19.第二電離能最大的原子應(yīng)該具有的電子構(gòu)型是（）

A.1s22s22p5

B.1s22s22p6

C.1s22s22p63p1

D.1s22s22p63s2

20.下列各組元素的第一電離能按遞增的順序正確的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.NaMgAl

B.BCN

C.SiPAs

D.HeNeAr

21.下列元素中第一電子親和能最大的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.O

B.F

C.S

D.Cl

22.下列元素基態(tài)原子的第三電離能最大的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.C

B.B

C.Be

D.Li

23.某元素基態(tài)原子失去三個電子后，角量字數(shù)為2的軌道半充滿，其原子序數(shù)為（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.24

B.25

C.26

D.27

24.下列元素中，書鑭系元素的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.Ta

B.Ti

C.Tl

D.Tm

25.下列元素中屬于放射性元素的是（）(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.Ta

B.Tb

C.Tc

D.Tm

二填空題

1.4P亞層中軌道的主量子數(shù)為，角量子數(shù)為，該亞層的軌道最多可以有種空間取向，最多可容納個電子。(《無機化學例題與習題》吉大版)

?的物理意2.波函數(shù)?是描述數(shù)學函數(shù)式，它和是同義詞，2

義是，電子云是形象化表示。

3.周期表中最活潑的金屬為，最活潑的非金屬為，原子序數(shù)最小的放射性元素為第周期元素，其元素符號為。(《無機化學例題與習題》吉大版)

4.質(zhì)量數(shù)是56，中子數(shù)是30的基態(tài)原子電子構(gòu)型；質(zhì)量數(shù)為209，中子數(shù)為126的基態(tài)原子電子構(gòu)型。

5.第四周期元素中4P軌道半充滿的是，3d軌道半充滿的是，4s軌道半充滿的是，價電層s電子數(shù)與d電子數(shù)相同的是。(《無機化學例題與習題》吉大版)

6.原子序數(shù)為24的原子，其價電子結(jié)構(gòu)是。

7.元素的性質(zhì)隨著的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化，這是原子的

變化的反映，第四、六周期分別是能級組和能級組。

8.在各類原子軌道中，軌道的鉆穿能力最強，由此引起的后果是。(《無機化學例題與習題》吉大版)

9.第33號元素原子的核外電子排布為，基態(tài)時最外層各電子的量子數(shù)為：n=；l=；ｍ=；ms＝該元素最高氧化態(tài)為，在周期表中屬區(qū)元素，它的低價氧化物的化學式為，俗稱。

10.鑭系元素包括原子序數(shù)從至共個元素，從La到Lu半徑共減少ppm，這一事實稱為，其結(jié)果是。(《無機化學例題與習題》吉大版)

11.造成第三過渡元素原子半徑和第二過渡元素原子半徑相近的原因是。

12.給出下列元素的原子核外價電子排列方式W，Nb，Ru，Rh，Pd，Pt。(《無機化學例題與習題》吉大版)

13.用元素符號填空：

⑴最活潑的氣態(tài)金屬元素是

⑵最活潑的氣態(tài)非金屬元素是

⑶最不易吸收電子的元素是

⑷第四周期的第六個元素電子構(gòu)型是

⑸第Ⅰ電離勢能最大的元素是

⑹第Ⅰ電子親核勢能最大的元素是

⑺第2、3、4周期原子中P軌道半充滿的元素是

⑻3d半充滿和全充滿的元素分別是和

⑼電負性相差最近的元素是

⑽電負性相差最大的元素是

14.根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)理論，核外電子的運動狀態(tài)可用來描述，它在習慣上被稱為；︱︳2表示，它的形象化表示是。(《無機化學例題與習題》吉大版)

15.非放射性元素中，單電子數(shù)最多的元素單電子數(shù)為，它在周期表中位于第周期，第族。(《無機化學例題與習題》吉大版)

三問答題

1.原子軌道、幾率密度和電子云等概念有何聯(lián)系和區(qū)別？

2.根據(jù)鉀、鈣的電離勢數(shù)據(jù)，從電子構(gòu)型說明在化學反應(yīng)過程中，鉀表現(xiàn)+1價，鈣表現(xiàn)+2價的原因？

3.寫出下列元素的符號、名稱、價電子構(gòu)型和惰性氣體在周期表中的分區(qū)。(《無機化學例題與習題》吉大版)

A.第四周期的惰性氣體

B.第四周期的ⅣB族元素

C.5p電子半充滿的元素

4.K和Ca中的4s能量和3d能量哪個低？（試用斯萊特經(jīng)驗公式求算E值）電子排布式應(yīng)是什么？

5.回答下列問題：

⑴寫出原子序數(shù)為32的元素的核外電子排布、元素符號、元素名稱以及此元素在周期表中的位置。

6.符號d、3dz2和3d1各代表什么意義？

7.原子核外電子的運動有什么特性？

8.什么叫屏蔽效應(yīng)？什么叫鉆穿效應(yīng)？如何解釋下列軌道能量的差別？(《無機化學例題與習題》吉大版)

（1）E1s＜E2s＜E3s＜E4s

（2）E3s＜E3p＜E3d

（3）E4s＜E3d

9.說明下列事實的原因：

（1）元素最外層電子數(shù)不超過8個；

（2）元素次外層電子數(shù)不超過18個；

（3）各周期所包含的元素數(shù)分別為2、8、8、18、18、32個。

10.下列術(shù)語的含義是什么？電離勢、電子親合勢、電負性。它們和元素周期律有什么樣的關(guān)系？

11.在第四周期的A、B、C、D四種元素，其價電子數(shù)依次為1、2、2、7，其原子序數(shù)按A、B、C、D依次增大。已知A和B的次外層電子數(shù)為8，而C與D為18，根據(jù)原子結(jié)構(gòu)判斷：

（1）哪些是金屬元素；

（2）D與A的簡單離子是什么？

（3）哪一元素的氫氧化物堿性最強？

（4）B與D兩原子間能形成何種化合物？寫出化學式。

參考答案

一選擇題

1.A

2.D

3.C

4.A

5.C

6.D

7.D

8.B

9.A10.C11.D12.C13.C14.B15.D16.D17.D18.D19.C20.B21.D22.B23.C24.D25.C

二填空題

1.4，1，3，6

2.核外電子空間運動狀態(tài)；原子軌道；電子在核外空間出現(xiàn)的幾率密度；波函數(shù)

2

的形象化表示

3.Fr,F,五Tc

4.[18]3d64s2；[78]6s26p3

5.As,Cr和Mn,K,Cr和Cu,Ti

6.3d54s1;3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2y2

7.荷電核數(shù)；最外層的電子數(shù)由1~8呈現(xiàn)周期性；第Ⅳ；第Ⅵ；

8.s,s軌道能量降低，造成能級交錯。

9.1s22s22p63s23p63d104s24p3;

n:44444

l:00111

m:000–1+1

ms:+1/2–1/2+1/2+1/2+1/2

+5;P區(qū)；As2O3；砒霜

10.57，71，15；11，鑭系收縮，使第二過度元素和第三過度元素原子半徑相近。

11.鑭系收縮

12.W5d46s2Nb4d45s1Ru4d75s1Rh4d85s1Pd4d105s0Pt5d96s1

13.⑴Cs⑵F⑶Fr⑷1s22s22p63s23p64d54s1⑸He

⑹Cl⑺N,P,As⑻Cr,Mn;Cu,Zn⑼Ce和Pr,Pr和Nd,Dy和Ho,Ho和Er.Er和Tm;⑽F和Cs

14.波函數(shù)?，原子軌道；概率密度，電子云

15.8，六，ⅢB

三問答題

1.答:波函數(shù)(?)是描寫原子核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式,可以粗略地把?看成是在X,Y,Z三維空間里能找到該核電子運動的一個區(qū)域,借用”軌道”這個詞稱為軌道,所以原子軌道是?的同義詞；幾率密度是描寫電子在核外空間某處

?

單位體積內(nèi)出現(xiàn)的多少,可由該電子原子軌道的波函數(shù)?的絕對值的平方2來確定。電子云是電子在核外運動時,把它在空間各處出現(xiàn)的幾率密度的大小畫成圖形,這種圖形叫電子云,是幾率密度的形象描述。原子軌道,幾率密度和電子云都是描述電子運動的基本概念,它們既是不同的概念,但又有密切的聯(lián)系。在物理意義上,波函數(shù)是描寫核外電子空間運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式,而電子云則是電子在核外空間出現(xiàn)的幾率分布的形象化描述。從它們的角度分布圖看,形狀相似,但略有不同,電子云的角度分布圖比相應(yīng)原子軌道波函數(shù)的角度分布圖

要稍”瘦”點,而原子軌道波函數(shù)的角度分布圖有正、負號；而電子云都是正值。

2.答:查出鉀,鈣的電離勢數(shù)據(jù)如下

K:Ⅰ1=6.954×10-19J,Ⅰ2=50.663×10-19J,Ⅰ3=73.243×10-19J

Ca:Ⅰ1=6.793×10-19J,Ⅰ2=19.017×10-19J,Ⅰ3=81.555×10-19J

由電離勢數(shù)據(jù)可知,鉀的Ⅰ2是Ⅰ1的7倍多,Ⅰ3是Ⅰ1的10倍多,因此

鉀易失去1個電子,在化學反應(yīng)中表現(xiàn)為+1價。K+離子類似于惰性氣體

[Kr]的穩(wěn)定結(jié)構(gòu),所以K+是穩(wěn)定的。鈣的Ⅰ1,Ⅰ2差別不大,而Ⅰ3是Ⅰ1

的8倍多,因此鈣易失去2個電子,在化學反應(yīng)中表現(xiàn)為+2價,Ca2+離子

也是類似于惰性氣體[Kr]的結(jié)構(gòu),所以Ca2+離子是穩(wěn)定的。

3.答:A是36號元素氪[Kr]屬于P區(qū),價電子構(gòu)型為:4s24p6;B是22號元素鈦[Ti],屬于d區(qū),價電子構(gòu)型為:3d24s2;C是51號元素銻[Sb],屬于P區(qū),價電子構(gòu)型為:5s25p3

4.答：計算基態(tài)鉀原子的4s和3d的能量（根據(jù)斯萊特規(guī)則）：

d3

δ=10×1.0+8×0.35=12.80，

S

4

δ=10×1.0+8×0.85=16.80，

E3d=-13.6×

22

3

)80.

12

19

(-

=-1.51eV

E4s=-13.6×

22

4

)80.

16

19

(-

=-4.11eV∴E3d＞E4s

同理，對于基態(tài)鈣原子：E3d=13.6×

22

3

)00.

18

20

(-

=-6.04eV

E4s=-13.6×

22

4

)15.

17

20

(-

=-6.90eV

∴E3d＞E4s

所以，K和Ca的4s能量都比3d能量低，它們的電子排布分別為：

K：1s22s22p63S23p64s1

Ca：1s22s22p63s23p64s2

5.答：（1）核外電子排布為：1s22s22p63s23p63d104s24p2；元素符號為：Ge；元素名稱為鍺；它屬于第四周期ⅣA族。

（2

6.答：d是原子軌道的符號，表示l=2的電子運動狀態(tài)。

3dz2表示n=3、l=2、m=0的電子空間運動狀態(tài)。它在z軸方向上電子云密度最大。

3d1代表第三電子層（n=3）的d（l=2）原子軌道上有一個電子。該電子處于n=3、l=2、m=0、±1或±2、ms=+1/2或-1/2的電子運動狀態(tài)。

7.答：原子核外電子的運動具有波粒二象性，不能同時準確測定其位置和速度（即測不準關(guān)系）因而它的運動不遵循經(jīng)典力學的規(guī)律。沒有經(jīng)典式的軌道，而是服從量子力學的規(guī)律，需要統(tǒng)計規(guī)律來描述。

8.答：其他電子的屏蔽作用對某個選定電子產(chǎn)生的效果叫做屏蔽效應(yīng)；

由于電子的角量子數(shù)l不同，其幾率的徑向分布不同，電子鉆到核附近的幾率較大者受到核的吸引作用較大，因而能量不同的現(xiàn)象稱為電子的鉆穿效應(yīng)。

（1）當n不同，l相同時，n越大，電子離核的平均距離越遠，所以原子中其它電子對它的屏蔽作用則較大，即σ值越大，能量就越高。故E1s＜E2s＜E3s＜E4s。

（2）當n相同，l不同時，l越小，電子的鉆穿效應(yīng)越大，電子鉆的越深受核吸引力越強，其它電子對它的屏蔽作用就越小，其能量就越低。故E3s＜E3p＜E3d。

（3）在多電子原子中電子在4s軌道比3s軌道鉆穿效應(yīng)大，可以更好地回避其它電子的屏蔽。4s軌道雖然主量子數(shù)比3d多1，但角量子數(shù)少2，其鉆穿效應(yīng)增大對軌道能量的降低作用超過了主量子數(shù)大對軌道能量的升高作用。因此E4s＜E3d。

9答：（1）當元素最外層電子數(shù)超過8時，電子需要填充在最外層的d軌道上，

，故填充d軌道之前必須先填充