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结构化学第一章习题2

2006在多电子原子中,单个电子的动能算符均为

所以每个电子的动能都是相等的,对吗?

________。

2006不对。

2008原子轨道是原子中的单电子波函数,每个原子轨道只能容纳__2____个电子。

2009H原子的

可以写作

三个函数的乘积,这三个函数分别由量子数(a),(b),(c)来规定。

2009(a)n,l(b)l,m(c)m

2020 氢原子基态波函数为

,求氢原子基态时的平均势能。

2020

2021回答有关Li2+的下列问题:

(1)写出Li2+的薛定谔方程;

(2)比较Li2+的2s和2p态能量的高低。

2021

(1)

(2)能量相同

2027写出H原子3d电子轨道角动量沿磁场方向分量的可能值。

2027

2028 一个电子主量子数为4,这个电子的l,m,ms等量子数可取什么值?

这个电子共有多少种可能的状态?

2028l:

0,1,2,3m:

0,±1,±2,±3ms:

±1/2

总的可能状态数:

2(1+3+5+7)=32种

2033  若一原子轨道的磁量子数为m=0,主量子数n≤3,则可能的轨道为____。

20331s,2s,3s,2pz,3pz,3

2034氢原子处于定态

时的能量为(a)eV,原子轨道

只与变量(b)有关,

(c)相同的简并态。

2034(a)-1.511(b)r及

(c)能量以及角动量大小

2035 氢原子中的电子处于

状态时,电子的能量为(a)eV,轨道角动量为(b)

,轨道角动量与z轴或磁场方向的夹角为(c)。

2035(a)-1.51eV(b)

(c)66°

2042在单电子原子中,磁量子数m相同的轨道,其角动量的大小必然相等,对吗?

2042不对。

m相同的轨道,l值不一定相同,所以角动量不一定相等.

2048对于H原子2s和2p轨道上的电子,平均来说,哪一个离核近些?

(积分公式

2048

平均来说,2p电子离核比2s电子要近。

2053画出3d轨道在直角坐标系中的分布形状及+,-号。

2059氢原子波函数

径向部分节面数(a),

角度部分节面数(b)。

2059(a)根据径向部分节面数定义:

n-l–1,则为0

(b)角度部分节面数为l,即2

2062原子轨道的径向部分R(r)与径向分布函数的关系是(a)。

用公式表示电子出现在半径r=a0、厚度为100pm的球壳内的概率为(b)。

2062(a)

(b)

2064对于氢原子及类氢离子的1s电子来说,出现在半径为r、厚度为dr的球壳内,各个方向的概率是否一样(a);对于2px电子呢(b)?

2064(a)一样(b)不一样

2065氢原子处于

态的电子波函数总共有(a)个节面,电子的能量为(b)eV,电子运动的轨道角动量大小(c),角动量与z轴的夹角为(d)。

2065(a)2(b)-1.51eV(c)(6)1/2h/

(d)65.9˚

2066 有一类氢离子波函数

,已知共有两个节面,一个是球面形的,另一个是xoy平面。

则这个波函数的n,l,m分别为(a),(b),(c)。

2066(a)3(b)1(c)0

2076氢原子1s态在离核52.9pm处概率密度最大,对吗?

2076不对。

2078

(1)已知H原子基态能量为-13.6eV,据此计算He+基态能量;

(2)若已知He原子基态能量为-78.61eV,据此,计算H-能量。

2078

(1)

(2)由

2079写出He原子的薛定谔方程,用中心力场模型处理He原子问题时,要作哪些假定?

用光激发He原子,能得到的最低激发态又是什么?

此激发态的轨道角动量值是多少?

2079He原子薛定谔方程为

中心力场模型把原子核和两个电子所形成的势场看作是个中心力场,只是离核距离的函数。

当用光激发时,根据跃迁选律:

△S=0,△L=±1。

其最低激发态为1s12p1,该状态的轨道角动量:

│M│=[l(l+1)]1/2

=

2084设氢原子中电子处在激发态2s轨道时能量为E1,氦原子处在第一激发态1s12s1时的2s电子能量为E2,氦离子He+激发态一个电子处于2s轨道时能量为E3,请写出E1,E2,E3的从大到小顺序。

2084E1>E2>E3

2089第四周期各元素的原子轨道能总是E(4s)

2089(非)

2090多电子原子中单电子波函数的角度部分和氢原子是相同的,对吗?

2090(是)

2092量子数为L和S的一个谱项有(a)个微观状态。

1D2有(b)个微观状态。

2092(a)(2L+1)(2S+1)(b)5

2095由组态p2导出的光谱项和光谱支项与组态p4导出的光谱项和光谱支项相同,其能级次序也相同,对吗?

2095非

2097基态Ni原子可能的电子排布为:

(A)1s22s22p63s23p63d84s2(B)1s22s22p63s23p63d94s1

由光谱实验确定其能量最低的光谱支项为3F4,试判断它是哪种排布?

----------()

2097(B)组态全部光谱项为1D,3D

(B)中不含3F4支项,因此是(A)排布。

2101写出V原子的能量最低的光谱支项。

(V原子序数23)_______________。

2101V(1s22s22p63s23p64s23d3)4F3/2

2102Cl原子的电子组态为[Ne]3s23p5,它的能量最低的光谱支项为____.

21022P3/2

2104多电子原子的一个光谱支项为3D2,在此光谱支项所表征的状态中,原子的总轨道角动量等于(a);原子总自旋角动量等于(b);原子总角动量等于(c);在磁场中,此光谱支项分裂出(d)个蔡曼(Zeeman)能级。

2104(a)

(b)

(c)

(d)5

2105Ti原子(Z=22)基态时能量最低的光谱支项为________________。

2105Ti[Ar]4s23d2

3F2

2106写出下列原子基态时的能量最低的光谱支项:

(1)Be(Z=4)()

(2)C(Z=6)()

(3)O(Z=8)()

(4)Cl(Z=17)()

(5)V(Z=23)()

2106

(1)1S0

(2)3P0(3)3P2

(4)2P3/2(5)4F3/2

2107写出基态S,V原子的能量最低的光谱支项。

(原子序数S:

16;V:

23)

2107S:

3P2V:

4F3/2

2108求下列原子组态的可能的光谱支项。

(1)Li1s22s1

(2)Na1s22s22p63p1

(3)Sc1s22s22p63s23p64s23d1

(4)Br1s22s22p63s23p64s23d104p5

2108

(1)2S1/2

(2)2P3/2,2P1/2(3)2D5/2,2D3/2(4)2P3/2,2P1/2

2109写出基态Fe原子(Z=26)的能级最低的光谱支项。

2109Fe(1s)2(2s)2(2p)6(3s)2(3p)6(4s)2(3d)65D4

2110Co3+和Ni3+的电子组态分别是[Ar]3d6和[Ar]3d7,预测它们的能量最低光谱支项。

2110Co3+:

5D4Ni3+:

4F9/2

2113请给出锂原子的1s22s1组态与1s22p1组态的光谱支项,并扼要说明锂原子1s22s1组态与1s22p1组态的能量不等(相差14904cm-1),而Li2+的2s1组态与2p1组态的能量相等的理由。

2113Li1s22s1光谱支项2S1/2

1s22p12P3/2,2P1/2

Li2+2s1光谱支项2S1/2

2p12P3/2,2P1/2

Li原子是多电子原子,原子轨道的能级与n,l有关,所以组态1s22s1与1s22p1能量不等。

Li2+是类氢离子,仅有一个电子,能级只与n有关,所以这两组态能量相等。

2115对谱项3P,1P,1D和6S考虑旋轨偶合时,各能级分裂成哪些能级?

2115考虑到旋轨偶合,引出量子数J,光谱项分裂成光谱支项

3P:

3P2,3P1,3P0分裂成3个能级

1P:

1P1不分裂

1D:

1D2不分裂

6S:

6S5/2不分裂。

2116求下列谱项的各支项,及相应于各支项的状态数:

2P;3P;3D;2D;1D

21162P:

光谱支项为2P3/2,2P1/2,其状态数分别为4和2。

3P:

光谱支项为3P2,3P1,3P0,其状态数分别为5,3,1。

3D:

光谱支项为3D3,3D2,3D1,其状态数分别为7,5,3。

2D:

光谱支项为2D5/2,2D3/2,其状态数分别为6,4。

1D:

光谱支项为1D2,其状态数为5。

2118碳原子的基组态为1s22s22p2,最低能级的光谱项为3P,当考虑到旋轨偶合时能产生哪些能级。

若加一个外磁场时,上述各能级进一步分裂成几个能级。

2118旋轨偶合能级有3P2,3P1,3P0;施加外磁场上述能级进一步分别分裂为5,3,1个。

2127求氢原子分别属于能级:

(1)-R,

(2)-R/9,(3)-R/25的简并度。

2127

(1)1;

(2)9;(3)25.

2141Li原子基组态的光谱项和光谱支项为______________________。

21412S,2S1/2

2146电子体系的完全波函数可用Slater行列式来表示,Slater行列式的元素是(a)。

采用行列式形式,自然会满足下述条件:

当交换任何一对电子的包含自旋的坐标时,完全波函数应该是(b)(填写对称的、反对称的或非对称)。

2146(a)自旋-轨道,(b)反对称的

2147描述单电子原子运动状态的量子数(不考虑自旋-轨道相互作用)是__n,l,m,ms

2148在一定的电子组态下,描述多电子原子运动状态的量子数(考虑自旋-轨道相互作用)是____L,S,J,MJ_______。

2164通过解氢原子的薛定谔方程,可得到n,l,m和ms四个量子数,对吗?

2164不对。

2166氢原子中的电子处在3d轨道之一,它的轨道量子数n,l,m的可能值各是多少?

2166n=3,l=2,m=0,或±1,或±2

2168主量子数n=5的原子轨道中能容纳电子的数目最多是多少?

21682n2=50

2176在径向分布函数图(D(r)-r)中,ns原子轨道有(a)个节点,nd则有(b)个节点,两者不同是因为(c)。

2176(a)n-1,(b)n-3,(c)d轨道有两个径向节面。

2192测定处于3d态的氢原子的轨道角动量的z分量,可能得到几个测定值?

---------()

(A)1(B)2(C)3(D)4(E)5

2192E

2194从数学表达式上看,氢原子哪些状态的电子概率密度在核处非零?

2194s态

2198d电子微观状态数为________。

219810。

2199计算氢原子1s态的平均势能。

已知用原子单位时,

2199

=

=

即-27.2eV.

2200氢原子的零点能约为_______。

220013.6eV或-13.6eV,2.18×10-18J

2208写出两个非等价电子p1p1组态的光谱项。

2208

2209p电子微观态的简并度为__6________。

2211下面各种情况最多能填入多少电子:

(1)主量子数为n的壳层;

(2)量子数为n和l的支壳层;(3)一个原子轨道;(4)一个自旋轨道。

22112n2;2(2l+1);2;1;

2213碳的下列组态

(1)1s22s22p2;

(2)1s22s22p13p1各有多少个状态?

2213

(1)15个状态,

(2)36个状态

2230氢原子光谱中第6条谱线所产生的光子能否使分子CH2(CH)6CH2从其基态跃迁到第一激发态(设该分子的长度为1120pm)。

2230氢原子光谱第6条谱线产生的光子的能量为

CH2(CH)6CH2激发所需最低能量为

E6>

E,能使CH2(CH)6CH2从基态跃迁到第一激发态

2233H-与He原子的总能量哪一个比较低?

2233He原子总能量比H-低。

因ZHe=2,ZH=1

2237某元素的原子基组态可能是s2d6,也可能是s1d7实验确定其基态光谱支项为5F5,请确定其组态。

2237s2d6的基谱项:

m210-1-2

∑m=2×2+1+0-1-2=2L=2

J=L+S=4谱项为5D4

s1d7的基谱项:

m0210-1-2

∑m=0+2×2+1×2+0-1-2=3L=3

J=L+S=5谱项为5F5

根据题意该原子的基组态为s1d7

2238求组态d10f14s1的基态光谱支项。

2238d10f14均为满层,故光谱项由s1决定。

L=0,S=1/2,J=1/2则光谱项为2S1/2

2240某元素的原子基组态可能是s2d3,也可能是s1d4,实验确定其能量最低的光谱支项为6D1/2,请确定其组态。

2240s2d3的电子排布为

m210-1-2

∑m=2+1+0=3L=3

J=L-S=3/2谱项为4F3/2

s1d4的电子排布为:

m0210-1-2

∑m=0+2+1+0-1=2,L=2

J=|L–S|=1/2谱项为6D1/2

根据题意该原子的基组态为s1d4。

也可用多重态2S+1=6,S=5/2必为s1d4组态来解。

2245已知He+处于

态,式中

求其能量E、轨道角动量┃M┃、轨道角动量与z轴夹角,并指出该状态波函数的节面个数。

2245根据题意该状态n=3,l=2,m=0,He+`,Z=2

E=-13.6(Z2/n2)=-13.6(22/32)eV=-6.042eV

┃M┃=

=0,说明角动量与z轴垂直,即夹角为90°

总节面数=n-1=3-1=2个

其中球节面数n-l-1=3-2-1=0个

角节面数l=2个

-1=0得

1=57.74°,

2=125.26°

角节面为两个与z轴成57.74°和125.26°的圆锥面。

22464f轨道有几个径向节面?

角度节面?

总节面数?

22464f轨道径向节面为n-l-1=0

角度分布节面为l=3个

总节面数为n-1=3个

2253两个原子轨道

互相正交的数学表达式为_______________。

2253

2261某多电子原子的一个光谱支项为3D2。

在此光谱支项所表征的的状态中,原子的轨道角动量为______,原子的自旋角动量为______,原子的总角动量为___________,在外磁场作用下,该光谱支项将分裂为_______个微观状态。

2261

2266Zn2+的一个激发组态是3d94p1,写出这一组态所有的光谱项。

2266d9p1和d1p1组态谱项一致。

3F,3D,3P,1F,1D,1P

2268分别写出氢原子4d和4f轨道的磁矩。

22684d:

4f:

2269请写出“核不动近似”条件下单电子原子的薛定谔方程。

2269

2270若氢原子基态到某激发态跃迁光谱波长为1.217×10-5cm,求该激发态的量子数n。

2270

n=2

2272求氢原子中电子处于

状态时的最可几半径。

2272当

时,

有4

只有

2273已知氢原子

试求该状态电子概率密度为0的节面半径。

2273

则有

解该一元二次方程,得

2274氢原子3d轨道角动量沿磁场方向分量的最大值和最小值分别为(a)和(b)。

2274a:

b:

0

2278单电子原子是两粒子体系,请写出其薛定谔方程(选用直角坐标)。

2280写出单电子原子的

函数归一化时的积分变量及积分区间。

2280

2281分别写出氢原子4d轨道和4f轨道的角动量。

22814d轨道:

4f轨道:

2287Li2+的一个电子所处的轨道的能量等于氢原子1s轨道能量,求该轨道可能是Li2+的哪个轨道?

2287

该轨道是Li2+的主量子数为3的轨道,可能是3s,3p或3d.。

2288已知

,其中

皆为归一化的波函数,请写出

的归一化表达式。

2288

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

2290求l=3,ml=0的电子轨道角动量的大小及其与z轴的夹角。

2290

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