大学无机化学第五章试题.及其规范标准答案.doc

\\ 第五章 原子结构和元素周期表 本章总目标： 1：了解核外电子运动的特殊性，会看波函数和电子云的图形 2：能够运用轨道填充顺序图，按照核外电子排布原理，写出若干元素的电子构型。 3：掌握各类元素电子构型的特征 4：了解电离势，电负性等概念的意义和它们与原子结构的关系。 各小节目标： 第一节：近代原子结构理论的确立 学会讨论氢原子的玻尔行星模型。 第二节：微观粒子运动的特殊性 1：掌握微观粒子具有波粒二象性（）。 2：学习运用不确定原理（）。 第三节：核外电子运动状态的描述 1：初步理解量子力学对核外电子运动状态的描述方法——处于定态的核外电子在核外空间的概率密度分布（即电子云）。 2：掌握描述核外电子的运动状态——能层、能级、轨道和自旋以及4个量子数。 3：掌握核外电子可能状态数的推算。 第四节：核外电子的排布 1：了解影响轨道能量的因素及多电子原子的能级图。 2;掌握核外电子排布的三个原则： 能量最低原则——多电子原子在基态时，核外电子尽可能分布到能量最低的院子轨道。 Pauli原则——在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说是在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子。 Hund原则——电子分布到能量简并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式分别占据不同的轨道。 3:学会利用电子排布的三原则进行 第五节：元素周期表 认识元素的周期、元素的族和元素的分区，会看元素周期表。 第六节：元素基本性质的周期性 掌握元素基本性质的四个概念及周期性变化 1：原子半径——从左向右，随着核电荷的增加，原子核对外层电子的吸引力也增加，使原子半径逐渐减小；随着核外电子数的增加，电子间的相互斥力也增强，使得原子半径增加。但是，由于增加的电子不足以完全屏蔽增加的核电荷，因此从左向右有效核电荷逐渐增加，原子半径逐渐减小。 2：电离能——从左向右随着核电荷数的增多和原子半径的减小，原子核对外层电子的引力增大，电离能呈递增趋势。 3：电子亲和能——在同一周期中，从左至右电子亲和能基本呈增加趋势，同主族，从上到下电子亲和能呈减小的趋势。 4：电负性——在同一周期中，从左至右随着元素的非金属性逐渐增强而电负性增强，在同一主族中从上至下随着元素的金属性依次增强而电负性递减。 习题 一 选择题 1.3d电子的径向函数分布图有（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.1个峰 B.2个峰 C. 3个峰 D. 4个峰 2.波函数一定，则原子核外电子在空间的运动状态就确定，但仍不能确定的是（ ） A.电子的能量 B.电子在空间各处出现的几率密度 C.电子距原子核的平均距离 D.电子的运动轨迹 3.在下列轨道上的电子，在xy平面上的电子云密度为零的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A .3s B .3px C . 3pz D .3dz2 4.下列各组量子数中，合理的一组是（ ） 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对电子数最多可达（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.4 B. 5 C .6 D.7 6.下列电子的量子数（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.对3d电子来说，下列各组量子数中不正确的是（ ） 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.主量子数n=4能层的亚层数是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A. 3 B. 4 C. 5 D. 6 9.电子的钻穿本领及其受其它电子屏蔽效应之间的关系（ ） A.本领越大，效应越小 B.本领越大，效应越大 C.两者无关系 D.以上都不对 10.Pb2+离子的价电子层结构是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.6s26p2 B.5s25p2 C.6s2 D.5s25p65d106s2 11.在多电子原子中，下列电子具有如下量子数，其中能量最高的电子是（ ）(《无机化学例题与习题》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.当基态原子的第五电子层只有2个电子时，则原子的第四电子层的电子数为（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A .8 B. 18 C .8~18 D. 8~32 13.下列离子中的电子构型可以用[A1]3d6表示的是（ ） A.Mn2+ B.Fe3+ C .Co3+ D .Ni2+ 14.下列元素原子半径的排列顺序正确的是（ ） 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，原子半径最接近的一组（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A. Ne 、Ar、Kr、Xe B. Mg 、Ca、Sr、Ba C. B、C、N、O D. Cr、Mn、Fe、Co 16.镧系收缩是下列各对元素中性质最相似的是 （ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A .Zr和Hf B.Ru和Rh C .Mn和Tc D.Nd和Ta 17.已知某元素原子的价电子层结构为3d54s2，则该元素在周期表中位置为（ ） 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，电负性大小顺序正确的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A. F＞N＞O B. O＞Cl＞O C. AS＞P＞H D. Cl＞S＞AS 19.第二电离能最大的原子应该具有的电子构型是（ ） A.1s22s22p5 B.1s22s22p6 C.1s22s22p63p1 D.1s22s22p63s2 20.下列各组元素的第一电离能按递增的顺序正确的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.Na Mg Al B. B C N C.Si P As D.He Ne Ar 21.下列元素中第一电子亲和能最大的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.O B. F C.S D.Cl 22.下列元素基态原子的第三电离能最大的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.C B. B C.Be D.Li 23.某元素基态原子失去三个电子后，角量字数为2的轨道半充满，其原子序数为（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.24 B. 25 C.26 D.27 24.下列元素中，书镧系元素的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.Ta B. Ti C.Tl D.Tm 25.下列元素中属于放射性元素的是（ ）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.Ta B. Tb C.Tc D.Tm 二 填空题 1.4P亚层中轨道的主量子数为 ，角量子数为 ，该亚层的轨道最多可以有 种空间取向，最多可容纳 个电子。(《无机化学例题与习题》吉大版) 2.波函数是描述 数学函数式，它和 是同义词，的物理意义是 ，电子云是 形象化表示。 3. 周期表中最活泼的金属为 ，最活泼的非金属为 ，原子序数最小的放射性元素为第 周期元素，其元素符号为 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 4.质量数是56，中子数是30的基态原子电子构型 ；质量数为209，中子数为126的基态原子电子构型 。 5.第四周期元素中4P轨道半充满的是 ，3d轨道半充满的是 ， 4s轨道半充满的是 ，价电层s电子数与d电子数相同的是 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 6.原子序数为24的原子，其价电子结构是 。 7.元素的性质随着 的递增而呈现周期性的变化，这是原子的 变化的反映，第四、六周期分别是 能级组和 能级组。 8.在各类原子轨道中， 轨道的钻穿能力最强，由此引起的后果是 。 (《无机化学例题与习题》吉大版) 9.第33号元素原子的核外电子排布为 ，基态时最外层各电子的量子数为：n= ；l= ；ｍ= ；ms＝ 该元素最高氧化态为 ，在周期表中属 区元素，它的低价氧化物的化学式为 ，俗称 。 10.镧系元素包括原子序数从 至 共 个元素，从La到Lu半径共减少 ppm，这一事实称为 ，其结果是 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 11.造成第三过渡元素原子半径和第二过渡元素原子半径相近的原因是 。 12.给出下列元素的原子核外价电子排列方式W ，Nb ，Ru ，Rh ，Pd ，Pt 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 13.用元素符号填空： ⑴最活泼的气态金属元素是 ⑵最活泼的气态非金属元素是 ⑶最不易吸收电子的元素是 ⑷第四周期的第六个元素电子构型是 ⑸第Ⅰ电离势能最大的元素是 ⑹第Ⅰ电子亲核势能最大的元素是 ⑺第2、3、4周期原子中P轨道半充满的元素是 ⑻3d半充满和全充满的元素分别是 和 ⑼电负性相差最近的元素是 ⑽电负性相差最大的元素是 14.根据现代结构理论，核外电子的运动状态可用 来描述，它在习惯上被称为 ；︱ ︳2表示 ，它的形象化表示是 。(《无机化学例题与习题》吉大版) 15.非放射性元素中，单电子数最多的元素单电子数为 ，它在周期表中位于第 周期，第 族。(《无机化学例题与习题》吉大版) 三 问答题 1.原子轨道、几率密度和电子云等概念有何联系和区别？ 2.根据钾、钙的电离势数据，从电子构型说明在化学反应过程中，钾表现+1价，钙表现+2价的原因？ 3.写出下列元素的符号、名称、价电子构型和惰性气体在周期表中的分区。(《无机化学例题与习题》吉大版) A. 第四周期的惰性气体 B. 第四周期的ⅣB族元素 C. 5p电子半充满的元素 4.K和Ca中的4s能量和3d能量哪个低？（试用斯莱特经验公式求算E值）电子排布式应是什么？ 5.回答下列问题： ⑴写出原子序数为32的元素的核外电子排布、元素符号、元素名称以及此元素在周期表中的位置。 ⑵试用四个量子数分别表示这个元素原子最外层各价电子的核外运动状态： 最外层各价电子 n l m ms ⑶分别画出此元素原子最外层Px电子的轨道角度分布图及电子云径向分布图。 6.符号d、3dz2和3d1各代表什么意义？ 7.原子核外电子的运动有什么特性？ 8.什么叫屏蔽效应？什么叫钻穿效应？如何解释下列轨道能量的差别？(《无机化学例题与习题》吉大版) （1）E1s＜E2s＜ E3s ＜E4s （2）E3s＜ E3p＜E3d （3）E4s＜E3d 9.说明下列事实的原因： （1）元素最外层电子数不超过8个； （2）元素次外层电子数不超过18个； （3）各周期所包含的元素数分别为2、8、8、18、18、32个。 10.下列术语的含义是什么？电离势、电子亲合势、电负性。它们和元素周期律有什么样的关系？ 11.在第四周期的A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1、2、2、7，其原子序数按A、B、C、D依次增大。已知A和B的次外层电子数为8，而C与D为18，根据原子结构判断： （1）哪些是金属元素； （2）D与A的简单离子是什么？ （3）哪一元素的氢氧化物碱性最强？ （4）B与D两原子间能形成何种化合物？写出化学式。 参考答案 一 选择题 1. A 2. D 3.C 4. A 5. C 6. D 7. D 8.B 9. A 10.C 11.D 12. C 13.C 14. B 15.D 16.D 17. D 18.D 19.C 20.B 21.D 22.B 23.C 24.D 25.C 二 填空题 1.4，1，3，6 2.核外电子空间运动状态；原子轨道；电子在核外空间出现的几率密度；波函数的形象化表示 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.荷电核数；最外层的电子数由1~8呈现周期性；第Ⅳ；第Ⅵ； 8.s,s轨道能量降低，造成能级交错。 9.1s22s22p63s23p63d104s24p3; n: 4 4 4 4 4 l: 0 0 1 1 1 m: 0 0 0 –1 +1 ms: +1/2 –1/2 +1/2 +1/2 +1/2 +5; P区； As2O3； 砒霜 10.57，71，15；11，镧系收缩，使第二过度元素和第三过度元素原子半径相近。 11.镧系收缩 12. W 5d46s2 Nb 4d45s1 Ru 4d75s1 Rh 4d85s1 Pd 4d105s0 Pt 5d96s1 13.⑴Cs ⑵F ⑶Fr ⑷ 1s22s22p63s23p64d54s1 ⑸He ⑹Cl ⑺ N,P,As ⑻ Cr, Mn ; Cu, Zn ⑼ Ce和Pr ,Pr和Nd, Dy和 Ho,Ho和Er.Er和Tm; ⑽ F和Cs 14.波函数，原子轨道；概率密度，电子云 15.8，六，ⅢB 三 问答题 1.答: 波函数()是描写原子核外电子运动状态的数学函数式,可以粗略地把看成是在X,Y,Z三维空间里能找到该核电子运动的一个区域,借用”轨道”这个词称为轨道,所以原子轨道是的同义词；几率密度是描写电子在核外空间某处单位体积内出现的多少,可由该电子原子轨道的波函数的绝对值的平方来确定。电子云是电子在核外运动时,把它在空间各处出现的几率密度的大小画成图形,这种图形叫电子云,是几率密度的形象描述。原子轨道,几率密度和电子云都是描述电子运动的基本概念,它们既是不同的概念,但又有密切的联系。在物理意义上,波函数是描写核外电子空间运动状态的数学函数式,而电子云则是电子在核外空间出现的几率分布的形象化描述。从它们的角度分布图看,形状相似,但略有不同,电子云的角度分布图比相应原子轨道波函数的角度分布图要稍”瘦”点,而原子轨道波函数的角度分布图有正、负号；而电子云都是正值。 2.答: 查出钾,钙的电离势数据如下 K: Ⅰ1=6.95410-19J, Ⅰ2=50.66310-19J, Ⅰ3=73.24310-19J Ca: Ⅰ1=6.79310-19 J , Ⅰ2=19.017 10-19J, Ⅰ3=81.55510-19J 由电离势数据可知,钾的Ⅰ2是Ⅰ1的7倍多, Ⅰ3是Ⅰ1的10倍多,因此钾易失去1个电子,在化学反应中表现为+1价。K+离子类似于惰性气体[Kr]的稳定结构,所以K+是稳定的。钙的Ⅰ1,Ⅰ2差别不大,而Ⅰ3是Ⅰ1的8倍多,因此钙易失去2个电子,在化学反应中表现为+2价,Ca2+离子也是类似于惰性气体[Kr]的结构,所以Ca2+离子是稳定的。 3.答: A是36号元素氪[Kr]属于P区,价电子构型为:4s24p6;B是22号元素钛[Ti],属于d区,价电子构型为:3d24s2;C是51号元素锑[Sb],属于P区,价电子构型为:5s25p3 4.答：计算基态钾原子的4s和3d的能量（根据斯莱特规则）： =101.0+80.35=12.80， =101.0+80.85=16.80， E3d= -13.6= -1.51eV E4s= -13.6= -4.11eV ∴E3d＞E4s 同理，对于基态钙原子：E3d=13.6= -6.04eV E4s= -13.6= -6.90eV ∴E3d＞E4s 所以，K和Ca的4s能量都比3d能量低，它们的电子排布分别为： K：1s22s22p63S23p64s1 Ca： 1s22s22p63s23p64s2 5.答：（1）核外电子排布为：1s22s22p63s23p63d104s24p2；元素符号为：Ge；元素名称为锗； 它属于第四周期ⅣA族。 （2） n l m ms 4s2 4 0 0 1/2 4 0 0 -1/2 4p2 4 1 +1，-1,0 +1/2，-1/2 4 1 0，+1,-1 +1/2，-1/2 (3) 6.答：d是原子轨道的符号，表示l=2的电子运动状态。 3dz2表示n=3、l=2、m=0的电子空间运动状态。它在z轴方向上电子云密度最大。 3d1代表第三电子层（n=3）的d（l=2）原子轨道上有一个电子。该电子处于n=3、l=2、m=0、1或2、ms=+1/2或-1/2的电子运动状态。 7.答：原子核外电子的运动具有波粒二象性，不能同时准确测定其位置和速度（即测不准关系）因而它的运动不遵循经典力学的规律。没有经典式的轨道，而是服从量子力学的规律，需要统计规律来描述。 8.答：其他电子的屏蔽作用对某个选定电子产生的效果叫做屏蔽效应； 由于电子的角量子数l不同，其几率的径向分布不同，电子钻到核附近的几率较大者受到核的吸引作用较大，因而能量不同的现象称为电子的钻穿效应。 （1）当n不同，l相同时，n越大，电子离核的平均距离越远，所以原子中其它电子对它的屏蔽作用则较大，即σ值越大，能量就越高。故E1s＜E2s＜ E3s ＜E4s。 （2）当n相同，l不同时，l越小，电子的钻穿效应越大，电子钻的越深受核吸引力越强，其它电子对它的屏蔽作用就越小，其能量就越低。故E3s＜ E3p＜E3d。 （3）在多电子原子中电子在4s轨道比3s轨道钻穿效应大，可以更好地回避其它电子的屏蔽。4s轨道虽然主量子数比3d多1，但角量子数少2，其钻穿效应增大对轨道能量的降低作用超过了主量子数大对轨道能量的升高作用。因此 E4s＜E3d。 9答：（1）当元素最外层电子数超过8时，电子需要填充在最外层的d轨道上，但由于钻穿效应的影响，Ens＜E（n-1）d，故填充d轨道之前必须先填充更外层的s轨道，而填充更外层s轨道，则增加了一个新电子层，原来的d电子层变成了次外层，故最外层电子数不超过8个。 （2）当次外层电子数要超过18时，必须填充f轨道，但在多电子原子中，由于Ens＜E（n-2）f，在填充f轨道前，必须先填充比次外层还多两层的s轨道，这样就又增加了一个新电子层，原来的次外层变成了倒数第三层。因此任何原子的次外层电子数不超过18个。 （3）各周期所容纳元素的数目，是由相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数决定的。如第一能级组，只有1s轨道可容纳2个电子，所以第一周期有2个元素，同理，第二、三、四、五、六周期中分别有8、8、18、18、32个元素。 10.答：处于基态的气态原子生成+1价气态阳离子所需要的能量称为第一电离势。从+1价气态阳离子失去第二个电子，成为+2价气态阳离子时所需要的能量为第二电离势，依次类推。 同一周期中的元素随着核电荷数的增加，原子半径逐渐减小，电离势逐渐增大，稀有气体的电离势最大；同一族中的元素随着核电荷数的增大，原子半径增大，电离势逐渐减小。 处于基态的气态原子获得一个电子成为负一价气态阴离子时，所放出的能量叫做电子亲合势。 根据现有数据可以看出，活泼的非金属一般具有较高的电子亲合势，金属元素的电子亲合势都比较小，然而最大的电子亲合势不是出现在每族的第二周期的元素，而是第三周期以下的元素，这是由于：第二周期的非金属元素（F、O等） 因原子半径小，电子密度大，电子间排斥力大，以致于当加合一个电子形成负离子时，放出的能量减小。 元素的原子在分子中吸引电子的能力叫做电负性。 同周期元素从左到右，电负性随着原子序数增加逐渐变大；同族元素从上到下，随着原子半径的增加而减小。电负性最高的是氟（3.98），电负性最低的是铯。 11.答：根据已知条件推知：A为K元素；B为Ca元素；C为Zn元素；D为Br元素。 （1）其中K、Ca、Zn为金属元素。 （2）D与A的简单离子为Br-和K+。 （3）KOH碱性最强。 （4）B与D两原子间能形成溴化钙，化学式为CaBr2。