高中化学竞赛题原子电子结构.docx
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高中化学竞赛题原子电子结构
中学化学竞赛试题资源库——原子电子结构
A组
．氢原子的电子云图中的小黑点表示的意义是
A一个小黑点表示一个电子B黑点的多少表示电子个数的多少
C表示电子运动的轨迹D电子在核外空间出现机会的多少
．在化学反应中，会发生变化的是
A质子数B中子数C电子数D质量数
．某元素原子L层电子数是K层电子数的2倍，那么此元素是
AFBCCODN
．某元素原子L层电子数是K层电子数的2倍，那么此元素是
AFBCCODN
．在第n电子层中，当它作为原子的最外层时，容纳电子数最多与n－1层相同；当它作为原子的次外层时，其电子数比n＋1层最多容纳电子数多10个，则此电子层是
AK层BL层CM层DN层
．按照核外电子排布规律：
各电子层最多容纳电子数为2n2（n为电子层数）；最外层电子数不超过８个；次外层电子数不超过18个，预测核电荷数为118的元素的原子核外电子层排布是
A2，8，18，32，32，18，8B2，8，18，32，50，8
C2，8，18，32，18，8D2，8，18，32，50，18，8
．在下列分子中，电子总数最少的是
AH2SBO2CCODNO
．下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是
AAl3＋BMg2＋CBe2＋DH＋
．下列离子中，电子数大于质子数且质子数大于中子数的是
AD3O＋BLi＋COD¯DOH¯
．下列各组微粒中，核外电子总数相等的是
AK＋和Na＋BCO2和NO2CCO和CO2DN2和CO
．下列各组粒子中，含有相同的电子总数的是
AS2－与HFBH2O与F－CH2O与NH4＋DNa＋与K＋
．下列各组微粒中，核外电子总数相等的是
AK＋和Na＋BCO2和NO2CCO和CO2DN2和CO
．下列四组物质中，两种分子不具有相同核外电子总数的是
AH2O2和HClBCO和NOCH2O和CH4DH2S和F2
．下列各组粒子中，核外电子排布相同的是
AAl和Al3＋BNa和F－CNa＋和NeDS2－和Cl
．已知硼化物BxHyz－与B10C2H12的电子总数相同，则BxHyz－的正确表达式为
AB9H152－BB10H142－CB11H132－DB12H122－
．A元素的离子An－，其核外共有x个电子，该原子的质量数为y，则原子核内含有的中子数为
Ay－x＋nBy－x－nCy＋x＋nDy＋x－n
．在离子RO3n－中共有x个核外电子，R原子的质量数为A，则R原子核内含中子的数目为
AA＋n＋48＋xBA－n－24－xCA－n＋24－xDA＋n＋24－x
．某二价阳离子核外有24个电子，其质量数为56，它的核内中子数是
A34B32C30D78
．某阴离子X16O3－具有42个电子，质量数为83，那么X元素原子核内的中子数为
A14B15C17D18
．某金属X的含氧酸根离子带有一个单位负电荷，其核外共有58个电子，酸根中各组成原子的质量数之和是119，其中X在此原子团中显示的化合价是＋7，则X的核内中子数是
A29B30C37D38
．A2－阴离子的原子核内有x个中子，A元素的质量数为m，则n克A2－阴离子所含电子的物质的量为
An（m－x－2）/mmolBn（m－x＋2）/mmol
C（m－x＋2）/mnmolD（m－x－2）/mnmol
．假设A元素不存在同位素，A2－阴离子的原子核内有x中子，A元素的质量数为m，则n克A2－阴离子所含电子的物质的量为
An（m－x－2）/mmolBn（m－x＋2）/mmol
C（m－x＋2）/mnmolD（m－x－2）/mnmol
．X原子的核电荷数为a，它的阴离子Xm－与Y原子的阳离子Yn＋的电子层结构相同，则Y原子的核电荷数为
Aa＋m＋nBa－m－nCm＋n－aDm－n－a
．X、Y、Z和R分别代表四种元素。
如果aXm＋、bYn＋、cZn－、dRm－四种离子的电子层结构相同（a、b、d、d为元素的原子序数），则下列关系正确的是
Aa－c＝m—nBa－b＝n－mCc－d＝m＋nDb－d＝n＋m
．a、b、c、d是1～18号元素，a、b元素的阳离子和c、d元素的阴离子都具有相同的电子层结构，且b元素原子的最外层电子数比a元素原子的最外层电子数少，c的阴离子所带的负电荷比d的阴离子所带的负电荷多，则它们的核电荷数大小关系是
Aa＞b＞d＞cBc＞b＞a＞dCa＞b＞c＞dDb＞a＞c＞d
．已知元素R有某种同位素的氯化物RClx（RClx为离子化合物），该氯化物中R微粒核内中子数为Y，核外电子数为Z，该同位素的符号为
A
RB
RC
RD
R
．两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前10号元素中，满足上述关系的元素共有
A1对B2对C3对D4对
．下列分子的电子式书写正确的是
A氨
B四氯化碳
C氮
D二氧化碳
．下列表达方式错误的是
A甲基的电子式
B硫离子的结构示意图
C碳－12原子：
C
D用小黑点代表未成键的最外层电子，短线代表共价键，则NH3分子可表示为：
．下列表达方式错误的是
A甲烷的电子式
B氟化钠的电子式
C硫离子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4
D碳－12原子
C
．下列微粒的表达式中正确的是
A过氧化钠的结构式：
Na-O-O-NaBBe原子的结构示意图：
CN3—离子的核外电子排布式：
1s22s22p6D羟基的电子式：
H
．下列电子式中错误的是
ANa＋B
C
D
．下列表达方式错误的是
A氯化氢分子的电子式：
H＋[
]－BS2－的结构示意图：
CO－18原子的符号：
ODCO2分子的结构式：
O＝C＝O
．下列各项中表达正确的是
AF—的结构示意图：
BCO2的分子模型示意图：
CNaCl的电子式：
DN2的结构式：
︰N≡N︰
．下列各项表达正确的是
AH2O的分子模型示意图：
BF的结构示意图：
C乙烯分子的结构简式：
CH2CH2DCaCl2的电子式：
Ca2＋[
]－2
．写出下列微粒的化学式：
（1）由两个原子核和18个电子组成的分子______，由两个原子核和18个电子组成的阴离子为______。
（2）由五个原子核和10个电子组成的分子为______，由五个原子核和10个电子组成的阳离子为______。
．在1～18号元素组成的化合物中具有三核10个电子的共价化合物是；具有三核20个电子的离子化合物是。
．叠氮化合物在化学工业上有其重要应用。
N3－叫做叠氮离子，请写出由三个原子构成的含有同N3－相同电子数的微粒的化学式（三种）。
．在含有多个电子的原子里，电子的能量并不相同。
能量低的通常在离核______运动；能量高的通常在离核。
通常用来表明运动着的电子离校远近的不同。
．由核电荷数为1～18的元素组成的分子、阳离子、阴离子，核外共有10个电子的微粒有（填写分子式或离子符号）：
（1）分子有、、、和。
（2）阳离子除H3O＋外，还有、、和。
（3）阴离子除NH2－外，还有、、和。
．下列粒子的结构示意图是否正确？
若不正确，请说明理由。
①Na
②K
③Xe
④Cl－
．两种元素的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前18号元素中，满足上述关系的元素组合有（不一定填满）：
1
2
3
4
5
6
7
元素符号
H、Be
．A原子的L电子层比B原子的L电子层少3个电子，B原子核外的电子总数比A原子的核外电子总数多5个。
则A是，B是。
．有A、B两种原子，A原子的L层比B原子的L层多4个电子，而B原子的M层比A原子M层少2个电子，推测A、B两种元素的符号，并画出原子结构示意图？
．A、B、C三种元素，其中有一种金属元素。
A、B原子的电子层数相同。
B、C原子的最外层电子数相同。
又知这三种元素原子的最外层电子数之和为17。
原子核中的质子数之和为31。
试通过计算确定这三种元素的名称。
B组
．电子构型为[Xe]4f145d76s2的元素是
A稀有气体B过渡元素C主族元素D稀土元素
．下列离子中最外层电子数为8的是
AGa3＋BTi4＋CCu＋DLi＋
．下列基态原子的核外电子排布中，单电子数最多的是
A[Ar]3d94s1B[Ar]3d54s1C[Ar]3s23p3D[Ar]3d54s2
．A、B是短周期元素，最外层电子排布式分别为msx，nsxnpx+1。
A与B形成的离子化合物加蒸馏水溶解后可使酚酞试液变红，同时有气体逸出，该气体可使湿润的红色石蕊试纸变蓝，则该化合物的分子量是
A38B55C100D135
．无机化合物甲、乙分别由三种元素组成。
组成甲、乙化合物的元素的特征电子排布都可表示如下：
asa、bsbbpb、csccp2c。
甲是一种溶解度较小的化合物，却可溶于乙的水溶液。
由此可知甲、乙的化学式分别是、；甲溶于乙的水溶液化学方程式为。
．现代原子结构理论认为，在同一电子层上，可有s、p、d、f、g、h……等亚层，各亚层分别有1、3、5、……个轨道。
试根据电子填入轨道的顺序预测：
（1）第8周期共有种元素；
（2）原子核外出现第一个6f电子的元素的原子序数是；
（3）根据“稳定岛”假说，第114号元素是一种稳定同位素，半衰期很长，可能在自然界都可以找到。
试推测第114号元素属于周期，族元素，原子的外围电子构型是
．A、B两元素，A原子的M层和N层的电子数分别比B原子的M层和N层的电子数少7个和4个。
写出A、B两原子的名称和电子排布式，并说明推理过程。
C组
．
（1）写出下列原子或离子的电子排布式：
N、Ar、Fe、Fe2＋、Pr3＋。
（2）在这些原子或离子中含有多少未成对电子？
．镍原子的电子构型为[Ar]3d84s2，试判断下一号元素Cu的电子构型[Ar]3d104s中4s电子数？
．所有原子序数Z为奇数的原子一定至少含有一个未成对电子，试说明原子序数为偶数的原子能含有未成对电子吗？
如果答案是肯定的，请在前三个周期的元素中找出例证。
．在第一过渡系元素（Z＝21～30）中哪些原子是反磁性的？
写出它们的电子构型。
．Cr的电子构型不服从Aufbau电子排布原理，试推断Cr实际的电子构型，并解释这种异常现象。
．负离子的电子构型仍然遵循Anfbau原理，试写出H－、N3－、F－和S2－的电子构型？
．写出Ni2＋、Re3＋和Ho3＋的电子排布式，并判断这些离子中的未成对电子数是多少？
．最先出现g亚层的是哪一主层，写出它的n值和代表符号？
如果你的答案是正确的，你将会看到2/3的已知元素在此层填有电子，试说明为什么没有g电子？
．如果M的下一个稀有气体元素是能够稳定存在或可被人工制造的，并假设处于基态的此元素的9个g轨道仍然没有被电子占据，试推断它的原子序数？
．在绝大多数化合物中镧系元素是以＋3价态存在的，但有时在少数几种离子型化合物中也能发现Ce4＋和Eu2＋，试用价电子构型解释这些离子的变价行为？
．五种元素的原子电子层结构如下：
A1s22s22p63s23p63d54s2B1s22s22p63s2C1s22s22p6
D1s22s22p63s23p2E1s22s1
试问其中
（1）哪种元素是稀有气体？
（2）哪种元素最可能生成具有催化性质的氧化物？
（3）哪种元素的原子的第一电离能最大？
．写出Eu（63号）、Te（52号）元素原子的电子排布式。
若原子核外出现5g和6h五层，请预测第九、十周期最后一个元素原子序数和它们的电子排布。
．假定在下列电子的各组量子数中n正确，请指出哪几种不能存在，为什么？
（1）n＝1，l＝1，m＝1，ms＝－1。
（2）n＝3，l＝1，m＝2，ms＝＋1/2。
（3）n＝3，l＝2，m＝1，ms＝－1/2。
（4）n＝2，l＝0，m＝0，ms＝0。
（5）n＝2，l＝－1，m＝1，ms＝＋1/2。
（6）n＝4，l＝3，m＝2，ms＝2。
．试用斯莱脱（Slate）规则分别计算作用于Fe的3s、3p、3d和4s电子的有效核电荷数，这些电子所在各轨道的能量及Fe原子系统的能量。
．电离1mol自由铜原子得1molCu＋，需能量为746.2kJ，而由晶体铜电离获得1molCu＋离子仅消耗434.1kJ能量。
试问：
（1）说明上述两电离过程所需能量不同的主要原因。
（2）计算电离1mol晶体铜所需照射光的最大波长。
（3）升高温度可否大大改变上述两电离过程所需能量之差？
．在我们这个三维空间世界里的周期系是根据4个量子数建立的，即n＝1，2，3，……；l＝0，1，…，（n－1）；ml＝0，±1，±2…，±l；ms＝±1/2。
如果我们搬到一个想像的“平面世界”去，那是一个二维世界，那里的周期系根据三个量子数建立的，即n＝1，2，3，……；m＝0，±1，±2…，±（n－1）；ms＝±1/2。
这个“平面世界”里的m所表示的意义，相当于三维世界中l和ml二者作用（例如用它也能表示s、p、d……能级）。
不过，我们在普通三维世界中的基本原理和方法对二维“平面世界”是适用的，下面几个问题都与这个“平面世界”有关。
（1）画出“平面世界”周期表中前四个周期，在其中按照核电荷标明原子序数，并用原子序数（Z）当作元素符号，写出每一元素的电子构型。
（2）现在研究n≤3的各元素，指出与“平面世界”中每种元素相对应的我们三维空间中的各种元素的符号，根据这种相似性，你估计在常温、常压下，哪些“二维世界”单质是固体？
哪些是液体？
哪些是气体？
（3）画出n＝2各元素的杂化轨道。
在“平面世界”中的有机化学是以哪一种元素为基础的（用原子序数作元素符号）？
指出乙烷、乙烯和环己烷分别与在“平面世界”中什么化合物对应。
在“平面世界”中什么样的芳香化合物可能存在？
（4）在这个“平面世界”中，有哪些规则和三维世界中所用的8电子和18电子规则相当？
（5）画图说明n＝2的几个“平面世界”元素的第一电离能变化趋势。
在“平面世界”周期表中，画出元素的电负性增长方向。
．氢原子的稳态能量由下式给出：
En＝2.18×10－18/n2（J），n是主量子数。
（1）计算（所有计算结果均要带单位）：
①第1激发态（n＝2）和基态的能量差；②第6激发态（n＝7）和基态（n＝1）之间的能量差。
（2）上述赖曼（Lyman）系跃迁处于什么光谱范围？
（3）解释由Lyman系光谱的第三条线及第6条线产生的光子：
①能否使处于基态的另外的氢原子电离？
②能否使晶体中的铜原子电离？
（铜的电子功函数为φ＝7.44×10－19J）
（4）若由Lyman系光谱的第1条谱线和第6条谱线产生的光子能使铜晶体电离，计算上述（3）两种情况中从铜晶体发射出的电子的德布罗意波长。
（有关常数：
普朗克常数h＝6.6256×10－34J/s，电子质量m（e）＝9.1091×10－31kg，光速c＝2.99792×108m/s）
．已知电子沿着圆环运动（如下图）的势能函数V为：
其Schr6dinaer方程为：
将变数x改成和角度Φ有关的函数，X＝ΦR，解此方程可得波函数ψn和相应能量En的表达式如下：
（1）以“h2/8π2mR2”作能量单位，作图示出能级的高低及能级简并情况。
（2）画出吡啶（C5H5N）和吡咯（C4H4NH）的价键结构式。
将环中的π电子运动情况近似地看作如上图所示的状态，说明环中π键电子的数目，以及它们的LUMO和HOMO。
将电子从HOMO跃迁到LUMO，哪一种化合物所需的光的波长要短些？
（3）在吡啶盐酸盐（C5H5NH4＋·Cl－）中，正离子中π键电子数是多少？
讨论为什么中性的吡咯C4H4NH能稳定存在，而中性的C5H5NH不稳定？
（4）联系讨论单环共轭多烯体系4m＋2规则的本质。
．He＋的某状态函数为Ψ＝
（1）写出该状态的量子数n，l，m值；
（2）求算该状态节面处的r值；
（3）计算该状态的能量；
（4）计算该状态的角动量；
（5）画出ψ，ψ2和r2ψ2对r的简单示意图。
．氢原子光谱可见波段相邻4条谱线的波长分别为656.47，486.27，434.17和410.29nm，试通过数学处理将话线的波数归纳成下式表示，并求出常数R和整数n；，nz的数值。
＝R（1/n12－1/n22）
．按Bohr模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径（分别用原子的折合质量和电子的质量计算并准确到5位有效数字）和线速度。
．对于氢原子：
（1）分别计算从第一激发态和第六激发态跃迁到基态所产生的光谱线的波长，说明这些谱线所属的线系及所处的光谱范围。
（2）上述两谱线产生的光子能否使：
（i）处于基态的另一氢原子电离？
（ii）金属铜中的原子电离？
（铜的功函数ФCu＝7.44×10－19J）
（3）若上述两话线所产生的光子能使银晶体的电子电离，访计算从铜晶体表面射出的光电子的德布罗意波的波长。
．请通过计算说明，用氢原子从第六激发态跃迁到基态所产生的光子照射长度为1120pm的线型分子H2CCHCHCHCHCHCHCH2，该分子能否产生吸收光谱？
若能，计算谱线的最大波长；若不能，请提出将不能变为可能的思路。
．计算氢原子的基态波函数在r＝a0和r＝2a0处的比值。
．计算氢原子的1s电子出现在r＝100pm的球形界面内的概率。
．计算氢原子的积分：
作出P（r）－r图，求P（r）＝0.1时的r值，说明在该r值以内电子出现的概率是90%。
．已知氢原子的归一化基态波函数为；
（1）利用量子力学基本假设求该基态的能量和角动量；
（2）利用维里定理求该基态的平均势能和零点能。
．已知氢原子的
试回答下列问题：
（1）原子轨道能E＝？
（2）轨道角动量
＝？
轨道磁矩
＝？
（3）轨道角动量M和z轴的夹角是多少度？
（4）列出计算电子离校平均距离的公式（不必算出具体的数值）。
（5）节面的个数、位置和形状怎样？
（6）概率密度极大值的位置在何处？
（7）画出径向分布示意图。
．对氢原子，
，所有波函数都已归一化。
请对ψ所描述的状态计算：
（1）能量平均值及能量为－3.4eV出现的概率；
（2）角动量平均值及角动量为
h／2π出现的概率；
（3）角动量在z轴上的分量的平均值及角动量z轴分量h/π出现的概率。
．试在直角坐标系中画出氢原子的5种3d轨道的轮廓图，比较这些轨道在空间的分布，正、负号，节面及对称性。
．写出He原子的Schrödinger方程，说明用中心力场模型解此方程时要作哪些假设，计算其激发态（2s）1（2p）1的轨道角动量和轨道磁矩。
．写出Li2＋离子的Schrödinger方程，说明该方程中各符号及各项的意义；写出Li2＋离子1s态的波函数并计算或回答：
（1）1s电子径向分布最大值离核的距离；
（2）1s电子离核的平均距离；
（3）1s电子概率密度最大处离核的距离；
（4）比较Li2＋离子的2s和2p态能量的高低；
（5）Li原子的第一电离能（按Slater屏蔽常数算有效核电荷）。
．Li原子的3个电离能分别为I1＝5.39eV，I2＝75.64eV，I3＝122.45eV，请计算Li原子的1s电子结合能。
．已知He原子的第一电高能I1＝24.59eV，试计算：
（1）第二电离能；
（2）基态能量；
（3）在1s轨道中两个电子的互斥能；
（4）屏蔽常数；
（5）根据（d）所得结果求H－的基态能量。
．用Slater法计算Be原子的第一到第四电离能，将计算结果与Be的常见氧化态联系起来。
．用式
计算Na原子和F原子的3s和2p轨道的有效半径r*。
式中n和Z*分别是轨道的主量子数和该轨道上的电子所感受到的有效核电荷。
．写出下列原子能量最低的光谱支项的符号：
（a）Si；（b）Mn；（c）Br；（d）Nb；（e）Ni
．写出Na原子的基组态、F原子的基组态和碳原子的激发态（1s22s22p13p1）存在的光谱支项符号。
．基态Ni原子可能的电子组态为：
（a）[Ar]3d84s2；（b）[Ar]3d94s1，由光谱实验确定其能量最低的光谱支项为3F4。
试判断它是哪种组态。
．列式表明电负性的Pauling标度和Mulliken标度是怎样定的。
．原子吸收光谱分析较原子发射光谱分析有哪些优缺点，为什么？
．什么是X射线荧光分析？
X射线怎样分光？
．什么是电子探针？
有何优点？
．当两个氢原子相互靠拢时，它们的1s原子轨道相互作用形成成键（bonding）分子轨道和反键（anti－bonding）分子轨道（下图）：
考虑分子的对称性，我们可以以同样的方式讨论较复杂的原子形成分子轨道的情况。
试考虑臭氧分子O3，它的形状很像澳大利亚的飞去来器（boomerang）。
按下列坐标安放臭氧分子中的氧原子（分子平面为yz面），并假定每个氧原子有1s、2s、2px、2py和2pz轨道（下图）。
原子Oa和Oc可以用对称性关联起来，它们的1s轨道可以进行对称和反对称组合（下图）：
在该分子中Ob的1s轨道属于对称的。
它可以跟由上述的Oa和Oc组合成的轨道进行对称性组合（但是不能跟反对称的轨道进行组合），形成成键和反键分子轨道，反对称组合是非键（nonbonding）的。
最后三个分子轨道为如右图所示。
（1）在答卷纸上用类似的方法构筑由三个原子的2s轨道、三个原子的2px轨道、三个原子的2py轨道以及三个原子的2pz轨道形成的分子轨道。
（记住：
Oa和Oc首先发生对称的和反对称的组合）
（2）现在我们可以按能级从低到高的顺序重新安排这些分子轨道。
这样做也可以构筑其他三原子分子轨道。
这些轨道的能量在弯曲的三原子分子（如臭氧）里与线形分子（如二氧化碳）里是不同的。
轨道能级的变化可以用答卷纸上的XY型分子的“Walsh图”（下图）表示。
该图给出了每一个轨道的能量随Y－X－Y角度的变化而发生的变化。
各轨道的对称性用下角标表示。
在Walsh图中的6a1轨道如右图所示。
XY2分子的Walsh图
当键角由90°变为180°时，为什么6a1轨道的能量增加得如此迅速？
从下面选择一个答案。
A因为成键特征降低B因为反键特征增加
CA和B都成立D因为轨道重叠减少
（3）只有占有电子的分子轨道才影响分子的几何构型。
充满电子的轨道比只有一个电子的轨道对分子构型的影响更大。
例如，O3有24个电子，键角为135°，一直到6a1的所有轨道都充满电子。
因此，考虑到空间排斥作用，即4b2、1a2和6a1轨道的能量对比和立体排斥作用，臭氧分子最低能量的几何构型有可能倾向于靠近Walsh图的左侧，这与实验测定的键角116°相吻合。
参考Walsh图写出在键角为135°时，BO2、CO2、NO2和FO2最高占据轨道的对称性符号。
O3
BO2
CO2
NO2
FO2
6a124e
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