原子结构与元素周期律.docx

1、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I W I 2, (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；I WI 2 反映了电子在核外空间出现的几率密度。(2)I W I 2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

2、词。( 3)I WI 2 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I W I 2 dV。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

3、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

4、，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

5、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)W B族元素的价电子层排布为 (n-)d6 ns2；(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

6、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)d10 ns1的铜、银、金，VIB族(n-1)d5 ns1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) d 6-0 ns0-2。(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-f O-(g)放热

7、过程，O(g)+e-f O2-(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( )。1 1A. 2, 1 , - ,

8、 - B. 2, 0, 0,-2 21 1C. 3, 1, 1, D. 3, 2,-,-2 2(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818个电子 D .肯定为832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 . Bev B v Na v Mg B . B v Bev Mg v NaC. Bev B v Mg v Na D . B v Bev Na v Mg解： 1D 2D 3C 4B 5B9.填空题(1 )微观粒

9、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) 1s2 2s2 (B) 1s2 2s2 2p5 (C) 1s2 2s22 p1 (D)

10、1s2 2s2 2p6 3s1 (E) 1s2 2s2 2p6 3s2 解：(1)波动性；微粒性(2)32； E4s E4p E4d 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

11、 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

12、的？为什么？n l m(1)2 1 0( 2) 2 2 -1( 3) 3 0 +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 :1n =?, ms = +2n = 4, 1 :2(3)n =?, l=2, m =1, ms = +12(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 = T23在下列各组电子分布

13、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)1s2 2s1 ; (2) 1s2 2s2 2d1 ;(3)1s2 2s2 2p4 3s1; (4) 1s2 2s4 2p2(5) Ar 3d 10 4s2 4p4 (6) Ar 3d 9 4s2 4p3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

14、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04s012n = 414p+1,0, -1363224d+2,+1,0, -1,t251034f+3,+2,+1,0, -1,t2, 437145.写出下述原子的电子排布式。(1) 80 (2) 18Ar (3) 25Mn 71Lu解：序号丿元糸电子排布式(1)80He2s22p4(2)18ArNe3s23p6(3)25MnAr3d 5 4s2(4)71LUXe4f 145d16s2解： ( 2) P (Z =15)( 3) ls22s22p63s23p64s2( 4 ) Cr Ar (5) Cu (Z =29)(6) Ar 3d 10

15、4s24p67. (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？2 2 5 ns2 ns2 np5(n -)d2 ns2 (n T)d10 ns2解：( 1) 所在区价层电子构型1-2sns 1-2pns2 np 1-6d( n-1)d1-10 ns0-2ds( n-1)d 10 ns1-2( 2)价层电子构型ns2ns2 np5 (n -1)d2 ns2(n -1)d10 ns所在区sp dds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+ Mn 2+Co

16、2+N3- Al3+ Ce4+解：S2-1s2 2s2 2p6 3s2 3p6K+1s2 2s2 2p6 3s 23p6Pb2+Xe 4f 14 5d10 6s2Ag+Kr 4d10Mn 2+1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5Co2+1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7N 3-Ne = He 2s 2 2p6Al 3+Ne = He 2s 2 2p6Ce4+Xe = Kr 4d10 5s2 5p69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

17、子总数周期族分区(1)Zn1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s230四n Bds(2)Mn1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s225四vn bd(3)As1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p333四V Ap(4)Rb1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s137五I As(5)F1s2 2s2 2p59 二V Ap10.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

18、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19K1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1四IAs24Cr1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1四VIBd29Cu1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1四ibds11 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, 217 pm)(110, 141, 155 pm)(145, 156, 160 pm)(125, 132, 197, 198

19、 pm)解：(1) 12Mg 38Sr 56Ba(2)15P 51Sb 83Bi(3)22Ti 72Hf 40Zr(4)28Ni 23V 20Ca C B A 20. 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 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5；该元素的原子在失去 3个电子前的电子排布应为 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2;所以，该元素为 Fe,原子序数为26。