大學(xué)無機(jī)化學(xué)第二章(原子結(jié)構(gòu))試題及答案

PAGEPAGE4第五章原子結(jié)構(gòu)和元素周期表本章總目標(biāo)：1：了解核外電子運(yùn)動(dòng)的特殊性，會看波函數(shù)和電子云的圖形2：能夠運(yùn)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(fù)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(biāo)：第一節(jié)：近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立學(xué)會討論氫原子的玻爾行星模型。第二節(jié)：微觀粒子運(yùn)動(dòng)的特殊性1：掌握微觀粒子具有波粒二象性（）。2：學(xué)習(xí)運(yùn)用不確定原理（）。第三節(jié)：核外電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的描述1：初步理解量子力學(xué)對核外電子運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)——能層、能級、軌道和自旋以及4個(gè)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(gè)原則：eq\o\ac(○,1)能量最低原則——多電子原子在基態(tài)時(shí)，核外電子盡可能分布到能量最低的院子軌道。eq\o\ac(○,2)Pauli原則——在同一原子中沒有四個(gè)量子數(shù)完全相同的電子，或者說是在同一個(gè)原子中沒有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同的電子。eq\o\ac(○,3)Hund原則——電子分布到能量簡并的原子軌道時(shí)，優(yōu)先以自旋相同的方式分別占據(jù)不同的軌道。3:學(xué)會利用電子排布的三原則進(jìn)行第五節(jié)：元素周期表認(rèn)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(gè)概念及周期性變化1：原子半徑——eq\o\ac(○,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??；eq\o\ac(○,2)隨著核外電子數(shù)的增加，電子間的相互斥力也增強(qiáng)，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(fù)性——在同一周期中，從左至右隨著元素的非金屬性逐漸增強(qiáng)而電負(fù)性增強(qiáng)，在同一主族中從上至下隨著元素的金屬性依次增強(qiáng)而電負(fù)性遞減。習(xí)題一選擇題1.3d電子的徑向函數(shù)分布圖有（）(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)A.1個(gè)峰B.2個(gè)峰C.3個(gè)峰D.4個(gè)峰2.波函數(shù)一定，則原子核外電子在空間的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)A.3sB.3pxC.3pzD.3dz24.下列各組量子數(shù)中，合理的一組是（）A.n=3，l=1，ml=+1，ms=+1/2B.n=4，l=5，ml=-1，ms=+1/2C.n=3，l=3，ml=+1，ms=-1/21.4P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(gè)電子。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)2.波函數(shù)是描述數(shù)學(xué)函數(shù)式，它和是同義詞，的物理意義是，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(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(jià)電層s電子數(shù)與d電子數(shù)相同的是。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)6.原子序數(shù)為24的原子，其價(jià)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(qiáng)，由此引起的后果是。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)9.第33號元素原子的核外電子排布為，基態(tài)時(shí)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(jià)氧化物的化學(xué)式為，俗稱。10.鑭系元素包括原子序數(shù)從至共個(gè)元素，從La到Lu半徑共減少ppm，這一事實(shí)稱為，其結(jié)果是。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(jià)電子排列方式W，Nb，Ru，Rh，Pd，Pt。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(gè)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(fù)性相差最近的元素是⑽電負(fù)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)可用來描述，它在習(xí)慣上被稱為；︱︳2表示，它的形象化表示是。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(xué)反應(yīng)過程中，鉀表現(xiàn)+1價(jià)，鈣表現(xiàn)+2價(jià)的原因？3.寫出下列元素的符號、名稱、價(jià)電子構(gòu)型和惰性氣體在周期表中的分區(qū)。(《無機(jī)化學(xué)例題與習(xí)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(gè)低？（試用斯萊特經(jīng)驗(yàn)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。⑵試用四個(gè)量子數(shù)分別表示這個(gè)元素原子最外層各價(jià)電子的核外運(yùn)動(dòng)狀態(tài)：最外層各價(jià)電子nlmms⑶分別畫出此元素原子最外層Px電子的軌道角度分布圖及電子云徑向分布圖。6.符號d、3dz2和3d1各代表什么意義？7.原子核外電子的運(yùn)動(dòng)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(jī)化學(xué)例題與習(xí)題》吉大版)（1）E1s＜E2s＜E3s＜E4s（2）E3s＜E3p＜E3d（3）E4s＜E3d9.說明下列事實(shí)的原因：（1）元素最外層電子數(shù)不超過8個(gè)；（2）元素次外層電子數(shù)不超過18個(gè)；（3）各周期所包含的元素?cái)?shù)分別為2、8、8、18、18、32個(gè)。10.下列術(shù)語的含義是什么？電離勢、電子親合勢、電負(fù)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(jià)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(qiáng)？（4）B與D兩原子間能形成何種化合物？寫出化學(xué)式。參考答案一選擇題1.A2.D3.C4.A5.C6.D7.D8.B9.A10.C11.D12.C13.C14.B15.D16.D17.D18.D19.C20.B21.D22.B23.C24.D25.C二填空題1.4，1，3，62.核外電子空間運(yùn)動(dòng)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)的形象化表示3.Fr,F,五Tc4.[18]3d64s2；[78]6s26p35.As,Cr和Mn,K,Cr和Cu,Ti6.3d54s1;3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2y27.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(cuò)。9.1s22s22p63s23p63d104s24p3;n:44444l:00111m:000–1+1ms:+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.W5d46s2Nb4d45s1Ru4d75s1Rh4d85s1Pd4d105s0Pt5d9613.⑴Cs⑵F⑶Fr⑷1s22s22p63s23p64d54s1⑸He⑹Cl⑺N,P,As⑻Cr,Mn;Cu,Zn⑼Ce和Pr,Pr和Nd,Dy和Ho,Ho和Er.Er和Tm;⑽F和Cs14.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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)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(yùn)動(dòng)的一個(gè)區(qū)域,借用”軌道”這個(gè)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)的絕對值的平方來確定。電子云是電子在核外運(yùn)動(dòng)時(shí),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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)學(xué)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(diǎn),而原子軌道波函數(shù)的角度分布圖有正、負(fù)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=73.243×10-19JCa: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(gè)電子,在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)為+1價(jià)。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(gè)電子,在化學(xué)反應(yīng)中表現(xiàn)為+2價(jià),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(jià)電子構(gòu)型為:4s24p6;B是22號元素鈦[Ti],屬于d區(qū),價(jià)電子構(gòu)型為:3d24s2;C是51號元素銻[Sb],屬于P區(qū),價(jià)電子構(gòu)型為:5s25p34.答：計(jì)算基態(tài)鉀原子的4s和3d的能量（根據(jù)斯萊特規(guī)則）：=10×1.0+8×0.35=12.80，=10×1.0+8×0.85=16.80，E3d=-13.6×=-1.51eVE4s=-13.6×=-4.11eV∴E3d＞E4s同理，對于基態(tài)鈣原子：E3d=13.6×=-6.04eVE4s=-13.6×=-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：1s22s22p63S23p64s1Ca：1s22s22p63s23p64s25.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）nlmms4s24001/2400-1/24p241+1，-1,0+1/2，-1/2410，+1,-1+1/2，-1/2(3)6.答：d是原子軌道的符號，表示l=2的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。3dz2表示n=3、l=2、m=0的電子空間運(yùn)動(dòng)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(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)。7.答：原子核外電子的運(yùn)動(dòng)具有波粒二象性，不能同時(shí)準(zhǔn)確測定其位置和速度（即測不準(zhǔn)關(guān)系）因而它的運(yùn)動(dòng)不遵循經(jīng)典力學(xué)的規(guī)律。沒有經(jīng)典式的軌道，而是服從量子力學(xué)的規(guī)律，需要統(tǒng)計(jì)規(guī)律來描述。8.答：其他電子的屏蔽作用對某個(gè)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(dāng)n不同，l相同時(shí)，n越大，電子離核的平均距離越遠(yuǎn)，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(dāng)n相同，l不同時(shí)，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(qiáng)，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(dāng)元素最外層電子數(shù)超過8時(shí)，電子需要填充在最外層的d軌道上，但由于鉆穿效應(yīng)的影響，Ens＜E（n-1）d，故填充d軌道之前必須先填充更外層的s軌道，而填充更外層s軌道，則增加了一個(gè)新電子層，原來的d電子層變成了次外層，故最外層電子數(shù)不超過8個(gè)。（2）當(dāng)次外層電子數(shù)要超過18時(shí)，必須填充f軌道，但在多電子原子中，由于Ens＜E（n-2）f，在填充f軌道