原子结构与元素周期律.docx
《原子结构与元素周期律.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《原子结构与元素周期律.docx（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
原子结构与元素周期律
第10章原子结构与元素周期律
思考题
1．量子力学原子模型是如何描述核外电子运动状态的？
解：
用四个量子数：
主量子数——描述原子轨道的能级；
角量子数——描述原子轨道的形状,并与主量子数共同决定原子轨道的能级；磁量子数——描述原子轨道的伸展方向；自旋量子数——描述电子的自旋方向。
2.区别下列概念：
（1）屮与IWI2,
（2）电子云和原子轨道，（3）几率和几率密度。
解：
（1）屮是量子力学中用来描述原子中电子运动状态的波函数，是薛定谔方程的解；
IWI2反映了电子在核外空间出现的几率密度。
（2）IWI2在空间分布的形象化描述叫电子云，而原子轨道与波函数屮为同义词。
（3）IWI2表示原子核外空间某点附近单位体积内电子出现的几率，即称几率密度，而
某一微小体积dV内电子出现的几率为IWI2dV。
3.比较波函数角度分布图与电子云角度分布图，它们有哪些不同之处？
解：
不同之处为
（1）原子轨道的角度分布一般都有正负号之分，而电子云角度分布图均为正值，因为Y
平方后便无正负号了。
（2）除s轨道的电子云以外，电子云角度分布图比原子轨道的角度分布图要稍“瘦”一些，
这是因为丨Y丨W1，除1不变外，其平方后Y2的其他值更小。
4.科顿原子轨道能级图与鲍林近似能级图的主要区别是什么？
解：
Pauling近似能级图是按能级高低顺序排列的，把能量相近的能级组成能级组，依1、2、
3…能级组的顺序，能量依次增高。
按照科顿能级图中各轨道能量高低的顺序来填充电子，所得结果与光谱实验得到的各元素原子中电子排布情况大致相符合。
科顿的原子轨道能级图指出了原子轨道能量与原子序数的关系，定性地表明了原子序数改变时，原子轨道能量的相对变化。
从科顿原子轨道能级图中可看出：
原子轨道的能量随原子序数的增大而降低，不同原子轨道能量下降的幅度不同，因而产生能级交错现象。
但氢原子轨道是简并的，即氢原子轨道的能量只与主量子数n有关，与角量子数l无关。
（2）在多电子原子中，电子的能量只取决于主量子数n。
（3）3个p轨道的能量形状大小都相同，不同的是在空间的取向。
（4）波函数屮是描述微观粒子运动的数学函数式。
（5）电子云的黑点表示电子可能出现的位置，疏密程度表示电子出现在该范围的机会大小。
（6）电子具有波粒二象性，就是说它一会儿是粒子，一会儿是波动。
解1错；2错；3对；4对；5对；6错。
6．下列说法是否正确？
应如何改正？
（1）s电子绕核旋转，其轨道为一圆圈，而p电子的轨道是8'字形。
（2）主量子数为1时，有自旋相反的两条轨道。
（3）主量子数为4时，有4s、4p、4d、4f四条轨道。
（4）主量子数为4时，其轨道总数为16，电子层最大容量为32。
解：
（1）错。
改为：
s原子轨道的角度分布图为一个以原子核为球心的球面。
p原子轨道的角
度分布图为两个在原点相切的球面。
（2）错。
改为：
主量子数为1时，只有一条轨道，可容纳自旋相反的两个电子。
（3）错。
改为：
主量子数为4时，有4s、4p、4d、4f四个亚层，共有16条轨道（1+3+5+7=16）。
（4）正确。
7．指出下列叙述是否正确。
（1）最外电子层排布为ns1的元素是碱金属元素；
（2）WB族元素的价电子层排布为（n-）d6ns2；
（3）过渡元素的原子填充电子时是先填3d然后填4s,所以失去电子时，也按这个次序进
行；
（4）因为镧系收缩,第六周期元素的原子半径全比第五周期同族元素半径小；
（5）O（g）+e—0-（g）、O-（g）+e—02「（g）都是放热过程。
（6）氟是最活泼的非金属元素,故其电子亲和能也最大。
解：
（1）不正确。
因价电子层含有ns1的元素除碱金属元素外，还有?
B族（n-1）d10ns1的铜、银、
金，VIB族（n-1）d5ns1的铬、钼等元素。
（2）不正确。
忸B族元素的价电子层排布为（n-1）d6-0ns0-2。
（3）不正确。
过渡元素的原子填充电子时是先填4s然后填3d,但失去电子时也是先失去
4s后失3d。
（4）不正确。
由于镧系收缩,使第六周期元素的原子半径与第五周期同族元素的原子半径相近。
（5）不正确。
应是O（g）+e-fO-（g）放热过程，O「（g）+e-fO2-（g）是吸热过程。
（6）不正确。
氟是最活泼的非金属元素,但电子亲和能不是最大。
虽然氟有强的接受电子倾向,但由于原子半径最小,加入电子后负电荷密集,电子间的排斥作用剧增,反而导致电子亲和能比它同族下面的一个元素氯的为小,即具有最大电子亲和能的元素是氯。
&选择题
（1）量子力学的一个轨道（）。
A.与玻尔理论中的原子轨道等同；B.指n具有一定数值时的一个波函数；
C.指n、丨具有一定数值时的一个波函数；D.指n、I、m三个量子数具有一定数值时
的一个波函数
（2）在多电子原子中，各电子具有下列量子数，其中能量最高的电子是（）。
11
A.2,1,-,-B.2,0,0,-
22
11
C.3,1,1,—D.3,2,-,-
22
（3）当基态原子的第六电子层只有两个电子时，原子的第五电子层的电子数为（）
A.肯定为8个电子B.肯定为18个电子
C.肯定为8〜18个电子D.肯定为8〜32个电子
（4）钻穿效应使屏蔽效应（）
A.增强B.减弱C.无影响D.不确定
（5）以下元素的原子半径递变规律正确的是（）
A.BevBvNavMgB.BvBevMgvNa
C.BevBvMgvNaD.BvBevNavMg
解：
1D2D3C4B5B
9.填空题
（1）微观粒子运动的特征是和。
（2）当n=4时，电子层的最大电子容量为。
其各轨道能级的顺序为。
实际上第一个4f电子将在周期表中第周期、元素中的第个元素中出现。
该元素的名称为。
（3）按核外电子构型可将元素周期表分为、、、、五个
区，其各区的价电子通式为、、、、。
（4）原子最外层电子数最多是;原子次外层电子数最多是;已填满的各
周期所包含元素的数目分别是;镧系元素包括原子序数从至
共个。
（5）基态电子构型如下的原子中，半径最大，电离能最小，电负性最大
的是。
（A）1s22s2（B）1s22s22p5（C）1s22s22p1（D）1s22s22p63s1（E）1s22s22p63s2解：
（1）波动性；微粒性
（2）32；E4s（3）s区、p区、d区、ds区、f区
ns1-2、ns2np1-6、（n-1）d0-10ns0-2、（n-1）d10ns1-2、（n-2）f0-14（n-1）d0-2ns2
（4）8；18；2、8、8、18、18、32；57、71、15
（5）（D）；（D）；（B）
10．判定下列各对原子或离子哪个半径大，并说明理由。
（1）H与He;
（2）Ba与Sr;（3）Sc与Ca;（4）Cu与Ni;（5）Zr与Hf;
（6）La与Ce;（7）S2-与S;（8）Na+与Al3+;（9）Fe2+与Fe3+;（10）Pb2+与Sn2+
解：
（1）r（He）>r（H）r（He）是范氏半径。
（2）r（Ba）>r（Sr）二者同一主族，但Ba比Sr多一电子层。
（3）r（Ca）>r（Sc）二者同一周期，但Sc的核电荷大。
（4）r（Cu）>r（Ni）二者同一周期，但Cu次外层电子为18，屏蔽作用大，核电荷对s电子的引力小，半径稍大。
（5）r（Zr）-r（Hf）镧系收缩的结果。
（6）r（La）>r（Ce）同一层，Ce的核电荷大。
（7）r（S2-）>r（S）同一元素，S2-的电子数大于S。
（8）r（Na+）>r（Al3+）同一族，Al3+核电荷多，外层电子少。
（9）r（Fe2+）>r（Fe3+）同一元素，电子数少者，半径小。
（10）r（Pb2+）>r（Sn2+）同一族，Pb2+比Sn2+多一电子层。
注意：
决定离子半径大小因素有如下几条：
（1）一般正离子半径小，负离子半径大。
（2）同一元素的正离子中，电核越多半径越小。
（3）同一周期的正离子中，半径随电荷增加而减小。
（4）同族元素同价离子的半径自上而下增加。
（5）镧系和锕系元素的同价离子半径随原子序数增加而缓慢减小。
习题
1．下列各组量子数哪些是不合理的？
为什么？
nlm
（1）210
（2）22-1
（3）30+1
解：
（2）、（3）不合理。
当n=2时，I只能是0、1;当I=0时，m只能是0。
2.用下列各组量子数表示电子运动状态时，请补上所缺少的量子数:
（1）
=3,l
=2,m=
1
（2）
=?
m=
-1,ms:
1
n=
?
ms=+
2
n=4,1:
2
（3）
n=
=?
l
=2,m=
1,ms=+
1
2
（4）
n=2,l:
=1,m=
0,ms=
?
解：
（1）
m:
=0,
±1，土
2;
（2）
l=
:
1,2,3
；（3）n:
=3,4,
（4）ms=±T2
3•在下列各组电子分布中哪种属于原子的基态？
哪种属于原子的激发态？
哪种纯属错误?
（1）1s22s1;
（2）1s22s22d1;
（3）1s22s22p43s1;（4）1s22s42p2
（5）[Ar]3d104s24p4（6）[Ar]3d94s24p3
解：
（1）、（5）属于原子的基态；
（3）、（6）属于原子的激发态；
（2）、（4）纯属错误。
4.当主量子数n=4时，有几个能级？
各能级有几个轨道，最多各容纳多少电子？
解：
n=4时，该电子层有4个能级，相应的每一能级的轨道数为1、3、5、7,最多各容纳2、
6、10、14个电子。
具体见下表：
主量子
相应角
相应能
相应磁量
各能级
各能级可容
共容纳
数n
量子数1
级符号
子数m
轨道数
纳电子数
电子数
0
4s
0
1
2
n=4
1
4p
+1,0,-1
3
6
32
2
4d
+2,+1,0,-1,t2
5
10
3
4f
+3,+2,+1,0,-1,t2,43
7
14
5.写出下述原子的电子排布式。
（1）80
（2）18Ar（3）25Mn⑷71Lu
解：
序号
丿元糸
电子排布式
（1）
80
[He]2s22p4
（2）
18Ar
[Ne]3s23p6
（3）
25Mn
[Ar]3d54s2
（4）
71LU
[Xe]4f145d16s2
解：
（2）P（Z=15）
（3）ls22s22p63s23p64s2
（4）Cr[Ar]
（5）Cu（Z=29）
（6）[Ar]3d104s24p6
7.
（1）试写出s区、p区、d区及ds区元素的价层电子构型。
（2）具有下列价层电子构型的元素位于周期表中哪一个区？
它们各是金属还是非金属？
225ns2ns2np5
（n-）d2ns2（nT）d10ns2
解：
（1）所在区
价层电子构型
1-2
s
ns1-2
p
ns2np1-6
d
（n-1）d1-10ns0-2
ds
（n-1）d10ns1-2
（2）价层电子构型
ns2
ns2np5（n-1）d2ns2
（n-1）d10ns
所在区
s
pd
ds
金属还是非金属
金属
非金属金属
金属
8.写出下列离子的电子排布式。
S2-
K+Pb2+Ag+Mn2+
Co2+
N3-Al3+Ce4+
解：
S2-
1s22s22p63s23p6
K+
1s22s22p63s23p6
Pb2+
[Xe]4f145d106s2
Ag+
[Kr]4d10
Mn2+
1s22s22p63s23p63d5
Co2+
1s22s22p63s23p63d7
N3-
[Ne]=[He]2s22p6
Al3+
[Ne]=[He]2s22p6
Ce4+
[Xe]=[Kr]4d105s25p6
9．试写出下列原子的电子层结构，并指明它们的电子总数及所在的周期、族和分区。
（1）Zn
（2）Mn（3）As（4）Rb（5）F
解：
序号
丿元糸
电子层结构
电子总数
周期
族
分区
（1）
Zn
1s22s22p63s23p63d104s2
30
四
nB
ds
（2）
Mn
1s22s22p63s23p63d54s2
25
四
vnb
d
（3）
As
1s22s22p63s23p63d104s24p3
33
四
VA
p
（4）
Rb
1s22s22p63s23p63d104s24p65s1
37
五
IA
s
（5）
F
1s22s22p5
9
二
VA
p
10.元素原子的最外层仅有一个电子，该电子的量子数是n=4、丨=0、m=0、ms=+1/2,
问：
（1）符合上述条件的元素可以有几种？
原子序数是多少？
（2）写出相应元素原子的电子排布式，并指出在周期表中的位置。
解：
（1）有三种，原子序数分别为19、24与29;
（2）原子序数
丿元糸
电子分布式
周期
族
区
19
K
1s22s22p63s23p64s1
四
IA
s
24
Cr
1s22s22p63s23p63d54s1
四
VIB
d
29
Cu
1s22s22p63s23p63d104s1
四
ib
ds
11•根据下述各组的原子序数，比较其原子半径，列出大小顺序。
（1）12,56,38;
（2）15,83,51;
（160,215,217pm）
（110,141,155pm）
（145,156,160pm）
（125,132,197,198pm）
解：
（1）12Mg<38Sr<56Ba
（2）15P<51Sb<83Bi
（3）22Ti<72Hf<40Zr
（4）28Ni<23V<20Ca<36Kr
12.不参看周期表，试推测下列每一对原子中哪一个原子具有较高的第一电离能和较大的电负性？
（1）19和29号原子；
（2）37和38号原子。
解：
（1）电子分布式周期族
19K
〔A门4s1
四
IA
29
29CU
〔Ar〕3d104s1
^厶AFI
四
IB
号兀素具有较高的第一电离能和较大的电负性;
（2）
电子分布式
周期
族
37Rb
〔Kr]5s1
五
IA
38Sr
〔Kr]5s2
五
na
38号元素具有较高的第一电离能和较大的电负性。
13•试填出下表空白。
原子序数
价层电子分布式
兀素符号
周期
族
区
最咼氧化数
[Ne]3s2
2
VA
Zr
[Kr]3d105s25p5
30
解:
原子序数
价层电子分布式
兀素符号
周期
族
区
最高氧化数
12
[Ne]3s2
Mg
3
IIA
s
+2
7
1s22s22p3
N
2
VA
p
+5
40
[Kr]4d25s2
Zr
5
IVB
d
+4
53
[Kr]4d105s25p5
I
5
VIIA
p
+7
30
[Ar]3d104s2
Zn
4
IIB
ds
+2
14•已知元素的原子序数，试填出下表空白
原子序数
兀素符号
价层电子分布式
各层电子数
周期
族
区
金属还是非金属
11
21
53
60
80
解：
原子序数价层电子分布式各层电子数周期族区金属还是非金属
11Na[Ne]3s12,8,1三IAs金属
21Sc[Ar]3d14s22,8,9,2四HIBd金属
53I[Kr]4d105s25p52,8,18,18,7,五四Ap非金属
60Nd[Xe]4f46s22,8,18,22,8,2六HIBf金属
80Hg[Xe]4f145d106s22,8,18,32,18,2六nBds金属
15.指出第四周期中具有下列性质的元素。
16．已知某元素原子序数为34，则：
（1）其电子总数为多少？
（3）价电子总数为多少？
（5）最高正氧化态为多少？
解：
（1）电子总数为34个；
（3）价电子总数为6；
（5）最高正氧化态为+6；
2）有几个电子层？
每层电子数为多少？
4）属第几周期，哪个族和哪个区？
6）此元素属金属还是非金属？
写出元素符号。
（2）有四个电子层，每层电子数为，2，8，18，6；
（4）属第四周期，第WA族，p区.
（6）属非金属（[Ar]3d104s24p4），元素符号Se。
17.已知某副族元素的A原子，电子最后填入3d,最高氧化数为+4;元素B的原子，电子最后填入4p，最高氧化数为+5。
回答下列问题：
（1）写出A、B元素原子的电子的排布式与元素符号；
（2）根据电子排布,指出它们在周期表中的位置（周期、区族）。
解：
（1）A:
1s22s22p63s23p63d24s2（Ti）
B:
1s22s22p63s23p63d104s24p3（As）
（2）A:
四周期、d区、WB族
B:
四周期、p区、VA族
18•铬（W）的氧化物可用于制作录音磁带，因为它具有顺磁性。
这种氧化物可以认为由Cr4+
和O2-离子构成。
写出Cr原子与Cr4+离子的电子构型,并确定其中的不成对电子数。
解:
Cr原子:
1s22s22p63s23p63d54s1,不成对电子数:
6
Cr4+离子:
1s22s22p63s23p63d2,不成对电子数:
2。
19.A,B,C,D四种元素。
其中A属第五周期nA族，与D可形成原子个数比为1:
1的化合物。
B为第四周期d区元素，最高氧化数为7。
C和B是同周期的元素，具有相同的最高氧化数。
D的电负性仅小于氟。
给出A、B、C、D四种元素的元素符号，并按电负性由大到小的顺序排列之。
解：
A：
Sr,B：
Mn,C：
Br,D：
O。
电负性由大到小的顺序：
D>C>B>A20.已知某元素的原子序数小于36,该元素的原子失去3个电子后,在其l=2的轨道内电子恰为半充满。
试推断此元素为何元素？
解：
元素的原子序数小于36,则该元素位于第四周期或第四周期之前；I=2的轨道为3d,半
充满为3d5,则该元素的原子失去3个电子后的电子排布为1s22s22p63s23p63d5；
该元素的原子在失去3个电子前的电子排布应为1s22s22p63s23p63d64s2;
所以，该元素为Fe,原子序数为26。
升级会员 