无机化学内容精要及习题-第一章原子结构剖析.doc

第一章 原子结构一、关键词1.核外电子运动的描述量子化特性和波粒二象性是微观粒子所共有的特征，因而核外电子运动状态不能用经典力学来描述。量子数与对应的原子轨道 2.电子层结构与元素周期表 元素的分区与原子结构的关系区包括的族价电子层构型s 区A、A族ns12p 区AA族，0族ns2np16d 区BVIIB族，族（n-1）d19ns02ds 区B、B 族（n-1）d10 ns12f 区镧系、锕系元素（n-2）f014（n-1）d02 ns23.元素性质递变规律元素基本性质变化趋势基本性质原子半径电离能电子亲和能电负性同周期减小增大增大增大同族增大减小减小减小二、学习感悟1.原子结构模型的演变历史给我们的启迪卢瑟福原子结构模型道尔顿原子学说汤姆逊原子结构模型玻尔原子结构模型量子力学模型原子结构原子核外电子原子核质子中子原子结构模型是科学家根据自己的认识，对原子结构的形象描摹。一种模型代表了人类对原子结构认识的一个阶段。人类认识原子的历史是漫长的、无尽的，随着科学技术的发展，人类对原子的认识过程还会不断深化。化学认识发展的规律和所有科学认识发展的规律一样是继承、积累和突破。实验方法是科学研究的一种重要方法，实验手段的不断改进促使化学理论向前发展。人类对原子结构的认识体现了人类认识自然的历程，向我们提示了一个科学理论发展的模式：实践-认识-再实践-再认识。2.研究原子结构涉及较深的数学知识和物理知识初学者往往觉得枯燥难懂，因此，学习时重点放在理解，接受相关的基本概念，加上一定的空间想像。3.结构决定性质，性质体现结构元素的电离能、电子亲和能和电负性在衡量元素的金属性和非金属性强弱时，结果是大致相同的。但由于元素的电负性的大小是表示分子中原子吸引电子的能力大小，所以它能方便地定性反映元素的某些性质，如：金属性与非金属性、氧化还原性；化合物中化学键的类型、键的极性等，故它在化学领域中被广泛地运用。而元素的电子亲和能的数值一般较电离能小一个数量级，而且已知的元素的电子亲和能数据较少，测定的准确性也差，所以其重要性不如元素的电离能。三、难点辅导1. 微观粒子运动具有哪些特点？ 能量是量子化的。量子化是相对于连续而言，也就是说变化过程是不连续的，是间隔的，是跳跃式的，一个一个的，不连续的。与宏观物体的逐渐的、连续的运动有很大的区别。打个比方说，光从微观角度讲就是不连续的，爱因斯坦的光子说中把每一个光子叫做光量子，是一个个不连续的能量包，虽然光没有静质量，但光有动质量，有质量就有能量。能量是不连续的，每个独立的能量叫做一个能级，就象台阶一样，氢原子的第1能级是-13.6eV，这是基态，就是能量最小的时候。它的第2能级是-3.4eV，和上面第1能级的能量并不连续，只能是一些特定值。运动是二象性的(波粒二象性)，微观粒子想怎么运动就怎么运动，这是它们的自由，微观粒子的运动不受牛顿定律的制约，可以在不受任何力的情况下随时改变自己的运动状态，如电子绕原子核的运动就是不确定的，并没有什么“轨道”。 粒子自由运动的波动性，是粒子运动存在的固有本性，但运动的随机性，根源于真空的各向同性特性，而不是微观粒子运动的本性。微粒子运动的统计性。海森堡关系式表明，微观粒子的运动速度和位置不能同时测准。因此对微观粒子的运动而言，确定的轨迹已无意义。所以对微观粒子运动的描述常用统计的方法。给出一种统计的规律，微观粒子运动的物质波可以看作是一种几率波。在空间某点，电子物质波的强度与该点附近一个微体积元中电子出现的几率密度成正比的。2. 与2 在原子结构理论中的意义。薛定谔方程的解的解是，称波函数，又称原子轨道，也称伸展方向，它是描述电子运动的函数，每一个波函数代表电子的一种运动状态。2也称几率密度，即电子在核外空间某处单位体积中出现的几率，2的形象化表达就是电子云。3. 为何第四、五、六周期电子排布的例外比较多?随着原子序数增加，电子所受到的有效核电荷增加，使ns电子激发到(n-1)d轨道上只需很少的能量。如果激发后能增加轨道中自旋平行的单电子数，其降低的能量超过激发能或激发后形成全满降低的能量超过激发能时，就将造成特殊排布。4. 原子的共价半径的变化规律是什么?1) 同一周期元素原子半径的变化规律：短周期：自左至右原子半径逐渐降低，变化幅度较大；长周期过渡元素：自左至右，原子半径逐渐降低，变化幅度较小，变化不规律。 2)周期表中各族元素原子的共价半径变化规律：同一主族元素自上而下，由于主量子数增大 ，原子半径增大 ； 同一副族元素，自上而下变化幅度小，第五、六周期元素原子半径非常接近。四、补充习题 (一) 单项选择题1.下列关于氢原子结构叙述不正确的是( )A. 电子在r=53pm处出现的几率最大B. 电子在r=53pm处出现的几率密度最大C. 电子在r<53pm的区域出现的几率密度大 D. 电子在r>53pm的空间出现的几率和几率密度随r的增大都减小2.下列关于电子云的说法不正确的是( )A. 电子云是2的数学图形B. 电子云有多种图形，黑点图只是其中一种C. 电子就象云雾一样在原子核周围运动，故称为电子云D. 电子云是描述核外某空间电子出现的几率密度的概念3. P轨道电子云形状正确叙述为( )A. 球形对称 B. 对顶双球C. 互相垂直的梅花瓣形 D. 极大值在X、Y、Z轴上的双梨形4. 氧原子的第一电子亲合势和第二电子亲合势( )A. 都是正值 B. E1为正值，E2为负值C. 都是负值 D. E1为负值，E2为正值5.下列说法不正确的是( )A. 就是原子轨道 B. 表示电子的几率密度C. 没有直接的物理意义 D. 是薛定格方程的合理解，称为波函数6. 描述一确定的原子轨道(即一个空间运动状态)，需用以下参数( )A. n, l B. n, l, m C. N, l, m,ms D. 只需n7.下列说法不正确的是( )A. 氢原子中，电子的能量只取决于主量子数nB. 多电子原子中，电子的能量不仅与n有关，还与l有关C. 波函数由四个量子数确定D. ms= ±½表示电子的自旋有两种方式8.下列波函数符号错误的是( )A. 1, 0, 0 B. 2, 1, 0 C. 1, 1, 0 D. 3, 0, 09. n=4时m的最大取值为( )A. 4 B. ± 4 C. 3 D. 010. 2p轨道的磁量子数可能有( )A. 1, 2 B. 0, 1, 2 C. 1, 2, 3 D. 0, +1, -111.原子中电子的描述不可能的量子数组合是( )A. 1, 0, 0, +1/2 B. 3, 1, 1, -1/2C. 2, 2, 0, -1/2 D. 4, 3, -3, -1/212.描述核外电子空间运动状态的量子数组合是( )A. n, l B. n, l, m C. n, l, m, ms D. n, l, ms13. n, l, m确定后，仍不能确定该量子数组合所描述的原子轨道的( )A. 数目 B. 形状 C. 能量 D. 所填充的电子数目14. 下列原子中电离势最大的是( )A. Be B. C C. Al D. Si15. 关于下列对四个量子数的说法正确的是( )A. 电子的自旋量子数是½，在某一个轨道中有两个电子，所以总自旋量子数是1或是0;B. 磁量子数m=0的轨道都是球形的轨道;C. 角量子数l的可能取值是从0到n的正整数;D. 多电子原子中，电子的能量决定于主量子数n和角量子数l.16. 在主量子数为4的电子层中，能容纳的最多电子数是( )A. 18 B. 24 C. 32 D. 3617. 多电子原子中，在主量子数为n，角量子数为l的电子层上，原子轨道数为( )A. 2l + 1 B. n - 1 C. n - l+ 1 D. 2l - 118. 对原子轨道叙述错误的是( )A. 描述核外电子运动状态的函数 B. 核外电子运动的轨迹C. 和波函数为同一概念D. 图形可分为角向部分和径向部分的一个数学式子19. 首次将量子化概念应用到原子结构，并解释了原子的稳定性的科学家是( )A. 道尔顿 B. 爱因斯坦 C. 玻尔 D. 普朗克20. 钾原子中4s电子能量为-4.11ev，则4s电子所受的屏蔽常数为( )A. 13.6 B. 16.8 C. 2.2 D. 1821. 多电子原子中某电子能量( )A. 是精确考虑各因素后计算得到的; B. 无法计算;C. 由中心势场理论近似处理而得; D. E=-13.6×Z2/n2 (ev).22. 第一电子亲合势最大的元素是( )A. F B. Cl C. Na D. H23. 有A，B和C三种主族元素，若A元素阴离子与B.C元素的阳离子具有相同的电子层结构，且B的阳离子半径大于C，则这三种元素的原子序数大小次序是( )A. B<C<A B. A<B<C C. C<B<A D. B>C>A24.第六周期元素最高能级组为( )A. 6s6p B. 6s6p6d C. 6s5d6p D. 4f5d6s6p25.玻尔理论不能解释( )A. H原子光谱为线状光谱B. 在一给定的稳定轨道上，运动的核外电子不发射能量-电磁波.C. H原子的可见光区谱线D. H原子光谱的精细结构26. H原子第一激发态上的电子能量为( )A. -13.6ev B. -3.4ev C. -6.8ev D. 13.6ev27. 基态H原子的半径为( )A. 0.53pm B. 0.53nm C. 53pm D. 53nm28. H原子光谱中，电子从n=3的轨道上跳回到n=2的轨道上时谱线波长为(已知C=2.998×10m·s-1，h=6.626×10-34J·s-1) ( )A. 524nm B. 434nm C. 486nm D. 656nm29. 氢原子的3d和4s能级的能量高低是( )A. 3d > 4s B. 3d < 4s C. 3d = 4s D. 无3d，4s轨道，无所谓能量高低30. 在下面的电子结构中，第一电离能最小的原子可能是( )A. ns2np3 B. ns2np5 C. ns2np4 D. ns2np631.下面各系列哪一个是按电离能增加的顺序排列的( )A. C, P, Se B. O, F, Ne C. B, Be, Li D. Li, Na, K32.为表示一个原子在第三电子层上有10个电子可以写成( )A. 3 d 10 B. 3d10 C. 3s23p63d2 D. 3s23p64s233.下列原子或离子中，半径最大的是( )A. P B. S2- C. Mg2+ D. Cl-(二) 多项选择题 34. 下列说法错误的是( )A. 2值一定大于Y值B. 2表示电子出现的几率C. 2表示电子出现的几率密度D. 2在空间分布的图形称为电子云E. 2图形与Y图形相比，形状相同，但2图略“瘦”些. 35. 对于原子中的电子，下面哪些量子数组是容许的( )A. n=3，l=1，m=-1 B. n=3，l=1，m=2C. n=2，l=2，m=-1 D. n=6，l=0，m=0E. n=4，l=-2，m=136. 对于多电子原子来说，下列说法正确的是( )A. 主量子数n决定原子轨道的能量B. 主量子数n决定原子轨道的形状C. 主量子数n决定角量子数l的取值范围D. 主量子数n值愈大，轨道能量正值愈大E. 主量子数n是决定原子轨道能量的主要因素37. 已知多电子原子中，下列各电子具有如下量子数，其中能量最高的为( )A. 3，2，-2，-1/2 B. 2，0，0，-1/2 C. 2，1，1，-1/2D. 3，2，2，+1/2 E. 3，1，1，-1/2 38. 下列说法错误的是( )A. n值相同，l越小，则钻穿效应越强B. 电子的钻穿效应越强，电子能量越低C. 电子所受屏蔽效应越强，电子能量越低D. 屏蔽效应和钻穿效应的结果引起能级交错E. 由于屏蔽效应，所有元素的原子中的电子所受的有效核电荷数都小于原子的核电荷数 39. 关于影响屏蔽常数s大小的因素，正确的说法是( )A. n=1的电子所受屏蔽s=0B. 被屏蔽电子离核越远，s值越C. 屏蔽电子的n值越小，s值越大D. 屏蔽电子的数目越多，s值越大E. 被屏蔽电子的l值越小，s值越大40. 下列各对元素中，第一电离势大小顺序正确的是( )A. Cs>Au B. Zn>Cu C. S>PD. Rb>Sr E. Mg>Al41. 下列用核电荷数表示出的各组元素，有相似性质的是( )A. 1和2 B. 6和14 C. 16和17D. 12和24 E. 19和5542. 下列电负性大小顺序错误的是( )A. H>Li B. As<P C. Si>CD. Hg>Zn E. Cu>Ag43. X、Y是短周期元素，两者能组成化合物X2Y3，已知X的原子序数为n，则Y的原子序数为( )A. n+11 B. n-11 C. n-6 D. n-5 E. n+5（三）简答题1. 什么叫电离势?什么叫电子亲合势?从原子结构解释电离势都是正值，而且数值大于电子亲合势?2. 从原子结构解释，第二周期元素中的Be与B，N与O的第一电离势出现不符合规律的现象。3. 请用四个量子数表示原子序数为24的元素的每个价电子的运动状态.4. 当n=4时，L的可能值是多少? 当n=4时，轨道的总数是多少?各轨道的量子数取值是什么?5. 简述主量子数的意义。6. 简述角量子数的意义。7. 简述磁量子数的意义。8. 原子核外电子排布主要遵循的三个原理是什么?9. 写出原子序数分别为33, 52, 74三种元素原子的电子排布，并判断它们在周期表中的位置(区、周期、族)及元素名称。10.写出下列原子或离子的核外电子排布。1) Cl-17， Cl- 2) Fe-26，Fe3+ 3) Hg-80判断上述各元素分别属于哪个周期、哪一族(主、副)？.11. 写出24号元素的电子排布式，并指出该元素属于哪个周期、哪一族(主、副)元素？是金属还是非金属元素？最高氧化数是几？12. 请简述同一周期过渡元素的原子半径变化规律及原因。13. 元素电负性意义是什么?电负性数据可以应用在哪些方面?14. 元素周期表中非金属元素的电子亲合能大小的一般规律如何?为什么?15. 有第四周期的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顺序增大，已知A与B的次外层电子数为8，而C与D的次外层电子数为18，根据结构判断：1) 哪些元素是金属元? 2) D与A的简单离子是什么?3) 哪一种元素的氢氧化物碱性最强?4) B与D二原子间能形成何种化合物?写出其化学式。16. 元素的最高氧化数和原子的电子层结构有何联系，在常见元素中哪些元素的氧化数是不变的，哪些元素的氧化数是可变的？