能量最低原理 电子云与原子轨道 (建议用时：45分钟) [学业达标] 1．图中所发生的现象与电子的跃迁无关的是( ) 【解析】燃放烟火、霓虹灯、燃烧蜡烛等获得的光能都是电子跃迁时能量以光的形式释放出来导致的，而平面镜成像则是光线反射的结果。 【答案】 D 2．X、Y、Z三种元素的原子，其最外层电子排布分别为n s1、3s23p1和2s22p4，由这三种元素组成的化合物的化学式可能是( ) A．X2YZ3B．X2YZ2 C．XYZ2D．XYZ3 【解析】最外层电子排布为3s23p1和2s22p4的元素分别是Al和O，它们的化合价分别为＋3、－2。最外层电子排布为n s1的元素化合价为＋1，根据化合价代数和为0知C项符合题意。 【答案】 C 3．图1和图2分别是1s电子的概率密度分布图和原子轨道图。下列有关认识正确的是( ) A．图1中的每个小黑点表示1个电子 B．图2表示1s电子只能在球体内出现 C．图2表明1s轨道呈圆形，有无数对称轴 D．图1中的小黑点表示某一时刻，电子在核外所处的位置 【解析】电子云图中的一个小黑点只表示电子曾经在此出现过一次，A错误；图2所
示只是电子在该区域出现的几率大，在此之外也能出现，不过几率很小，B错误；1s轨道在空间呈球形而不是圆形，C错误。 【答案】 D 4．p轨道电子云形状正确叙述为( ) A．球形对称 B．对顶双球 C．极大值在x、y、z轴上的哑铃形 D．互相垂直的梅花瓣形 【解析】p轨道的电子云形状为 【答案】 C 5．下列各能级中轨道数最多的是( ) A．7s B．6p C．5d D．4f 【解析】s轨道是球形对称的，p轨道有3种伸展方向，而d轨道有5种伸展方向，f 轨道有7种伸展方向。因此7s、6p、5d、4f的原子轨道数分别为1、3、5、7。 【答案】 D 6．以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布的情况。其中违反了泡利原理的是( ) 【解析】泡利原理是指在一个原子轨道中最多只能容纳两个电子，且自旋状态相反，故A违反了泡利原理。 【答案】 A 7．下面是第二周期部分元素基态原子的电子排布图，据此下列说法错误的是( )
临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（A 卷） 一、论述题25分，每小题5分） 1．夫朗克—赫兹实验的原理和结论。 2．泡利不相容原理。 3．X 射线标识谱是如何产生的？ 4．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。 5．为什么原子核的裂变和聚变能放出巨大能量？ 二、（20分）写出钠原子基态的电子组态和原子态。如果价电子被激发到4s 态，问向基态跃迁时可能会发出几条光谱线？试画出能级跃迁图，并说明之。 三、（15分）对于电子组态3p4d ，在LS 耦合时，（1）写出所有可能的光谱项符号；（2）若置于磁场中，这一电子组态一共分裂出多少个能级？（3）这些能级之间有多少可能的偶极辐射跃迁？ 四、（20分）镉原子在1D 2→1P 1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T 的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。 五、（1）（10分）用中子打击F 199产生O 9，并放出一个新粒子，写出核反应方程式；在实验室坐标系中，这种核反应发生时中子必须有的最小的能量是 4.1MeV ，试求反应能Q 值（n 10：1.008665u ，F 19 9：18.998405 u ）。 （2）（10分）已知U 235的核子的平均结合能为7.572 MeV ，Sn 117及Sn 118的核子的平均结 合能为8.6MeV ，求U 235 裂变为两个Sn 核时放出多少能量？平均一个核子释放多少能量？ 临沂师范学院物理系 原子物理学期末考试试题（B 卷） 一、论述题25分，每小题5分） 1．玻尔理论的成功之处和局限性。 2．波函数及其物理意义。 3．泡利不相容原理。 4．X 射线标识谱是如何产生的？ 5．什么是原子核的放射性衰变？举例说明之。 二、（20分）当处于基态的氢原子被12.3eV 光子激发后，被激发的氢原子可能产生几条谱线？求出相应谱线的频率（用玻尔理论，不考虑电子自旋） 三、（15分）钇原子基态为2D ，用这种原子进行史特恩—盖拉赫实验时，原子束分裂为4束，求原子基态总磁矩及其在外磁场方向上的投影（结果用玻尔磁子表示） 四、（20分）镉原子在1D2→1P1的跃迁中产生的谱线波长为6438埃。当镉原子置于强度为2T 的均匀磁场中时发生塞曼效应，试计算谱线塞曼分裂中各分量的波长和它们之间的波长差，并画出相应的光谱跃迁图。 五、（1）（10分）为进行H O F n 1119819 91 0＋→+的核反应，在验室坐标系中，这种核反应发生
四十六、原子的核外电子排布和结构示意图 一、原子的核外电子排布规律 总规律：原子的核外电子是分层排布的。 1、核外电子总是尽先排布在能力最低的电子层中。也就是说，排满了K 层才排L 层，排 满了L 层才排M 层。（但不能继续说排满了M 层才排N 层） 2、每个电子层最多容纳的电子数为2n 个。 3、最外层最多容纳的电子数不超过8个（K 层作最外层时不超过2个）。 4、次外层最多容纳的电子数不超过18个，倒数第三层最多容纳的电子数不超过32个。 二、结构示意图：用各电子层容纳的电子数表示原子或者离子的核外电子排布情况的示意图。 例如：S S 2－ K ＋ “+” “19”表示钾离子的核电荷数为19，“2”表示K 层容纳2个电子，“8”表示L 层容纳8个电子，“8”表示M 层容纳8个电子。
3、具有2电子的微粒：He, Li＋, Be2＋, H2 具有10电子的微粒：Ne、N3－、O2－、F－、Na＋、Mg2＋、Al3＋、CH4、NH3、 H2O、HF、H3O＋、NH4＋、OH－、NH2－、 具有18电子的微粒：、Ar、P3－、S2－、Cl－、K＋、Ca2＋、SiH4、PH3、H2S、HCl、 C2H6、N2H4、H2O2、F2、HS－、O22－、 三、强化练习 1、某主族元素的原子有5个电子层，最外层只有1个电子，下列描述中正确的是（） A、其单质常温下跟水反应不如钠剧烈 B、其原子半径比钾原子半径小 C、其碳酸盐易溶于水 D、其氢氧化物不能使氢氧化铝溶解 2、下列四种元素中，其单质氧化性最强的是（） A、原子含有最外层电子数最多的第二周期元素 B、位于周期表中第三周期ⅢA族的元素 C 的元素 D、原子结构示意图为的元素 3、氢化钠(NaH)+1价，NaH与水反应放出氢气。下列叙 述中，正确的是（） A、NaH在水中显酸性 B、NaH中氢负离子的电子层排布与氦原子的相同 C、NaH中氢负离子半径比锂离子半径小 D、NaH中氢负离子可被还原成氢气 4、用R代表短周期元素，R原子最外层的电子数是最内层电子数的2倍。下列关于R的描述 中正确的是（） A、R的氧化物都能溶于水 B、R的最高价氧化物所对应的水化物都只是H2RO3 C、R元素都是非金属元素 D、R的氧化物都能与NaOH溶液反应 5、已知铍(Be)的原子序数为4，下列对铍及其化合物的叙述中，正确的是（） A、铍的原子半径小于硼的原子半径 B、氯化铍分子中铍原子的最外层电子数是8 C、氢氧化铍的碱性比氢氧化钙的弱 D、单质铍跟冷水反应产生氢气 6、下列关于稀有气体的叙述不正确的是（） A、原子的最外电子层都有8个电子 B、其原子与同周期IA、IIA族阳离子具有相同的核外电子排布 C、化学性质非常不活泼 D、原子半径比同周期ⅦA族元素原子的小 7、在短周期元素中，若元素原子的最外层电子数与其电子层数相等，则符合条件的元素种 类为（） A、1种 B、2种 C、3种 D、4种
《电子云与原子轨道》教学设计
课堂练习复习提问电子在那里出现的概率小，点密的地方表示电子在那里出现 的概率大。 【问题2】S电子云的原子轨道都是球形的，电子只能出 现在球体内吗？ 【讲解点拨】绘制电子云轮廓图常把电子出现的概率约 为90%的空间圈出来，而电子也出现在球体外，只是概率小 于90%。 【讲解】认识原子轨道能级的电子云轮廓图 演示文稿展示S能级、P能级、d能级的电子云轮廓图。 【提出概念】轨道：量子力学把电子在原子核外的一个 空间运动状态称为一个原子轨道。 PPT：不同能层的能级、原子轨道及电子云轮廓图。 教师提问（略） 1.构造原理 2.书写Cl、K、Fe元素原子的核外电子排布式。 小组合作讨论后， 小组代表发言。 加深理解 得出结论：1.所有 原子的任一能层 的S电子云轮廓都 是一个球形，只是 球的半径大小不 同。2.其他空间运 动状态的电子云 都不是球形的。P 电子云是哑铃 状…… 学生回答问题 学生回忆 Cl:1s22s22p63s23p5 K: 1s22s22p63s23p64s1 F e:1s22s22p63s23p63d64s2
教师讲解课堂练习自主构建 课堂小结 二、泡利原理和洪特规则 【讲解】上节课我们学习了电子排布式的画法，下面需 要大家学会电子排布图的画法。电子排布图中每个方框代表 一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 【板书】C、N的基态原子的电子排布式（略） 1.写出24号、29号元素的电子排布式、电子排布图。 2.阅读元素周期表，比较有什么不同，为什么？从元素周 期表中查出铜、银、金的外围电子层排布。它们是否符合构 造原理？ 教师引导学生小组讨论，形成补充规则。 相对稳定的状态是： 全充满：（P6，d10,f14） 全空：（P0，d0,f0） 半充满：（P3，d5,f7） 【引导】原子结构示意图、电子排布式、电子排布图不 同化学用语所能反映的粒子结构情况和区别。 结论： 1.原子结构示意图能直观反映粒子核内的质子数和核外 电子层数及各能层上的电子数。 2.电子排布能直观反映粒子各能层、各能级和各轨道的能 量的高低及个轨道上的电子分布情况及电子的自旋状态。 【归纳总结】PPT 1．核外电子排布规则： （1）能量最低原理 （2）泡利原理 （3）洪特规则 2．核外电子排布表示方法： （1）原子结构示意图 （2）电子排布式 （3）电子排布图 听、看、识忆、理 解 练习 1.写O、F、 Al、Si、P原子的电 子排布图。 对比元素周期表， 产生疑问。小组讨 论。 练习2.书写C、N Ca、Cl原子结构示 意图，电子排布 式、电子排布图。 深入理解 归纳、总结、识记
原子结构分子结构 一、是非题 1．所谓原子轨道就是指一定的电子云。 2．价电子层排布为ns1的元素都是碱金属元素。 3．当主量子数为4时，共有4s、4p、4d、4f四个轨道。 4．第一过渡系(即第四周期)元素的原子填充电子时是先填充3d轨道后填充4s 轨道，所以失去电子时也是按这个次序先失去3d电子。 5．原子在基态时没有未成对电子，就肯定不能形成共价键。 6．由于CO2、H2O、H2S、CH4分子中都含有极性键，因此都是极性分子。 7．形成离子晶体的化合物中不可能有共价键。 8．全由共价键结合形成的化合物只能形成分子晶体。 9．在CCl4、CHCl3和CH2Cl2分子中，碳原子都是采用sp3杂化，因此这些分子都呈正四面体。 10．色散力只存在于非极性分子之间。 二、选择题 1. 在氢原子中，对r=53pm处的正确描述是() A．该处1s电子云最大B．r是1s径向分布函数的平均值 C．该处的H原子Bohr半径D．该处是1s电子云介面 2. 3s电子的径向分布图有()。 A．3个峰B．2个峰C．4个峰D．1个峰 3. 在电子云示意图中，小黑点是( ) A．其疏密表示电子出现的几率密度的大小B．表示电子在该处出现 C．其疏密表示电子出现的几率的大小D．表示电子 4. N，O，P，S原子中，第一电子亲合能最大的是( ) A．N B．O C．P D．S 5. O、S、As三种元素比较，正确的是() A．电负性O＞S＞As , 原子半径O＜S＜As B．电负性O＜S＜As , 原子半径O＜S＜As C．电负性O＜S＜As , 原子半径O＞S＞As D．电负性O＞S＞As , 原子半径O＞S＞As
基态原子电子组态 所需解决问题：核外电子均带负电，相互之间有排斥作用，为什么每个电子最终能稳定存在？这种排斥作用有什么规律？如何描述？处于不同原子轨道上的电子的能量高低如何判断？ 1-6-0 屏蔽效应和钻穿效应（补充内容） 一：屏蔽效应（C级重点掌握） 1：屏蔽效应与有效核电荷（C级重点掌握） 这种由于其它电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷对电子的吸引力的作用称为屏蔽作用(或效应),而把被其他电子屏蔽后的核电荷称为有效核电荷.用符号Z*表示.于是有: Z* = Z - σ 式中：Z为未屏蔽时的核电荷数(即原子序数),σ称为屏蔽系数，它代表了其它电子对所选电子（又称目标电子）的排斥作用大小。σ值越大,表示目标电子受到的屏蔽作用就越大.轨道形状不同，对其它电子的屏蔽效应大小不同，即σ值不同，一般情况下，σs＞σp＞σd＞σf 2：多电子原子的能量公式（C级重点掌握） 对于氢原子,核外只有一个电子,不存在屏蔽效应,则其电子的能量只与主电子数ｎ有关,即：（1-9） 而对于多电子原子中的一个电子来说,由于这时有效核电荷取代了核电荷,所以其电子的能量: （1-10） 3：屏蔽效应的应用（C级重点掌握） （1）n不同,ι相同时,n越大,电子离核越远,所受到的屏蔽作用就越强,则σ越大,Z*越小,所以能量越高. ∴E1S ∴E3s 《电子云与原子轨道》教学设计 本节内容是人教版高二化学上册所学选修3第一章第一节《原子结构与性质》的第五课时。本节课的授课对象主要是高三上普通班的同学。 一、教学设计思路分析 1、教材分析 本节课的地位和作用：人教版高中化学选修3、第一章第一节“原子结构与性质”（P9页）第五课时，主要内容为“电子云与原子轨道”概念的建立；了解原子核外电子的运动规律，掌握泡利原理、洪特规则；以及掌握不同能层的能级、原子轨道以电子云轮廓图的的关系。 教学重点：通过s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解。 教学难点：学会从电子云模拟轮廓图取理解核外电子的排布特点及特殊性质。 2、学情分析 学生接受能力较强，已处于高二阶段；在该阶段学生对原子结构以及核外电子排布等已有一定的理解，为这节课的学习也奠定了一定的基础。但对核外电子的运动规律以及原子轨道非常陌生，而且不易将泡利原理和洪特规则熟练地运用于原子轨道的理解中。 学生的好奇心强，已具备了探究的意识；掌握了探究必备的相关知识，如知道原子的组成，物质的远动是有规律的，核外电子的运动规律要遵循能量最低原理、洪特规则和泡利原理。 3、教学思路 以学生活动为主体，探究学习方法为基本方法，理论学习与实践相结合，用多媒体展示，通过模型建立，组织学生思考与讨论，从而获得认知。 二、教学方案设计 1、教学目标 知识与技能： （1）使学生领会电子云及原子轨道的基本含义。 （2）使学生理解s电子云、p电子云的轮廓图，加深对电子云、原子轨道含义的理解进一步掌握核外电子的排布及运动规律物质。 过程与方法： 创设学习情景，空间模型，引导学生积极参与探究过程，获取知识和亲身体验。培养学生知识迁移能力，合作学习能力，同时培养学生用普遍联系的观点分析问题。 情感态度与价值观： 培养学生的唯物观，世界是物质的；物质的运动是有规律；培养学生用普遍联系的观点分析问题。 2、教学方法： 教法：讨论法、讲授法指导教学。 学法：自主阅读法、讨论法。 3、教学准备 多媒体设备、PowerPoint课件、 4、教学过程 元素的电子组态列表 维基百科，自由的百科全书 跳转到：导航, 搜索 注意：本页面或章节含有Unicode中日韩统一表意文字新版用字。如果您的系统不支持，有关字符将会错误显示成空格、问号或者方格等。参见维基百科:Unicode扩展汉字。 这是一个关于基态电中性原子的电子组态，即原子核外电子排布方式的数据列表。[编辑]电子排布方式 此列表按照原子序数的递增顺序进行排列，列表表头由左至右按照原子核外电子运动轨道的能级顺序排列。 原子核外电子运动轨道的能级顺序 1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 4f 5s 5p 5d 5f 6s 6p 6d 7s 7p 1 H 氢: 1s1 1s1 1 2 He 氦: 1s2 1s2 2 3 Li 锂: 1s2 2s1 1s22s1 2 1 4 Be 铍: 1s2 2s2 1s22s2 2 2 5 B 硼: 1s2 2s2 2p1 1s22s22p1 2 3 6 C 碳: 1s2 2s2 2p2 1s22s22p2 2 4 7 N 氮: 1s2 2s2 2p3 1s22s22p3 2 5 8 O 氧: 1s2 2s2 2p4 1s22s22p4 2 6 9 F 氟: 1s2 2s2 2p5 1s22s22p5 2 7 10 Ne 氖: 1s2 2s2 2p6 1s22s22p6 2 8 11 Na 钠: [Ne] 3s1 1s22s22p63s1 2 8 1 12 Mg 镁: [Ne] 3s2 1s22s22p63s2 2 8 2 13 Al 铝: [Ne] 3s2 3p1 1s22s22p63s23p1 2 8 3 14 Si 硅: [Ne] 3s2 3p2 1s22s22p63s23p2 2 8 4 15 P 磷: [Ne] 3s2 3p3 1s22s22p63s23p3 2 8 5 16 S 硫: [Ne] 3s2 3p4 1s22s22p63s23p4 2 8 6 17 Cl 氯: [Ne] 3s2 3p5 1s22s22p63s23p5 2 8 7 18 Ar 氩: [Ne] 3s2 3p6 1s22s22p63s23p6 2 8 8 19 K 钾: [Ar] 4s1 1s22s22p63s23p64s1 2 8 8 1 20 Ca 钙: [Ar] 4s2 1s22s22p63s23p64s2 第五章原子结构元素周期律 第一节原子结构原子核外电子排布 【高考新动向】 【考纲全景透析】 一、原子的构成 1. 原子的构成 原子的组成表示式：X，其中X为原子符号，A为质量数，Z为质子数，A－Z为中子数。2．基本关系 ①质子数＝核电荷数＝核外电子数 ②阳离子中：质子数＝核外电子数＋电荷数 ③阴离子中：质子数＝核外电子数－电荷数 ④质量数＝质子数＋中子数 3.元素、核素、同位素之间的关系如下图所示： 元素、核素和同位素的概念的比较 二、 原子核外电子排布 1.电子层的表示方法及能量变化 圆圈表示原子核，圆圈内标示出核电荷数，用弧线表示电子层，弧线上的数字表示该电子层的电子数。要注意无论是阳离子还是阴离子，圆圈内的核电荷数是不变的，变化的是最外层电子数。 离核由近及远→电子能量由低到高 2.核外电子分层排布的规律 核外电子的分层运动，又叫核外电子的分层排布，其主要规律有： (1)能量规律 原子核外电子总是先排能量最低的电子层，然后由里向外，依次排布在能量逐步升高的电子层(能量最低原理)。即排满了K 层才排L 层，排满了L 层才排M 层。 （2）分层排布规律 ①原子核外每个电子层最多容纳2n 2 个电子。 ②原子最外层电子数不超过8个电子(K 层为最外层不能超过2个电子)。 ③原子次外层电子数不超过18个电子(K 层为次外层不能超过2个电子)。 【热点难点全析】 〖考点一〗原子的构成及概念比较 1.构成原子的粒子 2.组成原子的各种粒子及相互关系 (1)原子或分子：质子数(Z)=核电荷数=核外电子数 (2)阳离子：核外电子数=质子数-所带电荷数 (3)阴离子：核外电子数=质子数+所带电荷数 3.同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的比较 〖提醒〗(1)质子数与核外电子数之间的关系，对于原子不易出错，对于阴、阳离子容易出错。应清楚阳离子核外电子数少于质子数，阴离子核外电子数多于质子数。 (2)元素、同位素、同素异形体、同系物、同分异构体的判断关键是描述的对象。如： ①具有相同质子数的两微粒不一定是同种元素，如Ne和H2O。 ②质子数相同而中子数不同的两微粒不一定互为同位素，如14N2和13C16O。 ③2H2和3H2既不是同位素，也不是同素异形体。 【典例1】铀(U)是重要的核工业原料，其中23592U是核反应堆的燃料，下列关于23592U和23892U的说 第九章 4 怎样确定原子的电子层排布 一、电子层容量原理 ?在原子核外电子排布中，每个电子层最多容纳的电子数为２ｎ2，这个规律在一些无机化学教材中叫做最大容量原理。我认为，该原理并不能全面反映原子核外电子排布的真实情况,其一，它只适合于离核近的内电子层,且不是最大，而是等于2n 2；其二，离核远的外电子层,实际排布的电子数则远远小于2n 2,根本不能用此原理来描述。离核近的内电子层与离核远的外电子层，各有其电子容量的规律,原子的电子层排布，就是这两种规律结合而成的。为此,我总结出内电子层和外电子层的各自的容量规律，并将两者结合起来,称为“电子层容量原理”,其内容如下: 设ω为原子的电子层数，n 为从原子核往外数的电子层数,m 为由原子最外层往里数的电子层数。 当n ＜22+ω时,为内电子层,每个电子层容纳的电子数＝2n 2。 当n ≥22+ω时,为外电子层，每个电子层最多容纳的电子数＝2(ｍ＋1)2. 核外只有ｋ层时,最多容纳2个电子。 ?由上述两个关系组成的电子层排布如下： ?从以上图示可知,原子的电子排布是两头少,中间多。 应用电子层容量原理，可使外电子层不用２n 2，避免出现太大偏差． 应用外电子层的公式,可以取代中学教材中的如下规律： (1) 最外层电子数不超过8个(最外层为K 层,则不超过２个)。 (2) 次外层电子数不超过18个。 ?(3) 外数第三层电子数不超过32个．…… 因为这些规律可直接从外电子层的公式推出。 稀有气体原子的电子层排布则是很规整的相等关系,其内电子层电子数为2ｎ2，外电子层电子数为２(m +1)2，因此，稀有气体元素原子的电子层结构是一种稳定结构.主族元素的 原子,最外层未达到2(m +1)２个电子(即8个电子)，一般副族元素的原子,最外层和次外层的 电子数均小于2(ｍ+1)２。原子的电子层数越多，出现未填满电子数2(ｍ+1)2的外电子层数 就越多。它可用下式计算：未排满2(ｍ＋1)2个电子的电子层数最多为2 ω(当为偶数)或21-ω(为奇数)。例如:核外有６个电子层的元素,没有排满2(m +１)2个电子的外电子层数最多为６ ／2＝3。镧系元素的原子,一般就有4、5、6三个电子层的电子数未达到2(m ＋１)２。 ?2n 2是由电子运动状态的四个量子数及泡利不相容原理所得出的关系,而2(m +1)2却是由能级交错现象所得出的关系。 对于多电子原子，由于电子的屏蔽作用和穿透作用,出现了原子轨道的交错现象，产生了与元素周期表中周期相对应的能级分组，能级组的通式为ns 、(n -2)f 、(n -１)d 、np 。从第3电子层起，出现E n ｄ＞E (n +1)s ，从第4电子层起，出现E ｎf >Ｅ(n +2)s ．因此,在次外层电子数未达到最大容量时,已出现了最外层电子的填充，而最外层电子数未达到最大容量时，又 第9章原子结构与元素周期律 1．根据玻尔理论，计算氢原子第五个玻尔轨道半径（nm）及电子在此轨道上的能量。 解：(1)根据rn=a0n2 r5=53pm×25= 53×10-3nm×25= nm (2) 根据En=－Ｂ/2n E5= －52=－25=－ 答: 第五个玻尔轨道半径为nm，此轨道上的能量为－。 2．计算氢原子电子由n=4能级跃迁到n=3能级时发射光的频率和波长。 解：（1）根据E（辐射）=ΔE＝E4－E3 ＝×１０-18 J（（1/3）2－（1/4）2） = ×１０-18 J（1/9-1/16）=×１０-18 J×= 根据E（辐射）＝hν ν= E（辐射）/h= ×10-19J /6．626X10–34= s-1 （2）法1：根据E（辐射）＝hν= hC/λ λ= hC/ E（辐射）= 6．626X10 –34×3×１０8×10-19J=×10-6m。 法2：根据ν= C/λ，λ= C/ν=3×１０8 s-1=×10-6m。 答：频率为s-1，波长为×10-6m。 3．将锂在火焰上燃烧放出红光，波长 =，这是Li原子由电子组态1s22p1→1s22s1 跃迁时产生的。试计算该红光的频率、波数以及以KJ·mol-1为单位符号的能量。 解：（1）频率ν= C/λ=3×１０8×10-9 m/nm=×1014 s-1； （2）波数ν=1/λ=1/×10-9 m/nm=×106 m-1 (3) 能量E（辐射）＝hν=6．626X10 –34××1014 s-1=×10-19 J ×10-19 J××1023mol-1×10-3KJ/J= KJ mol-1 答: 频率为×1014 s-1,波数为×106 m-1，能量为KJ mol-1。 4．计算下列粒子的德布罗意波的波长：（已知电子的速度为v=×106m.s－1）（1）质量为10－10kg，运动速度为·s－1的尘埃; （2）动能为的自由电子； （3）动能为300eV的自由电子。 解：λ＝h/ m v=6．626X10–3410－10kg×·s－1=×10-22 m (单位运算：λ＝h/ m v = = 第五章习题 1,2 参考答案 5-1 氦原子中电子的结合能为 24.5eV ，试问：欲使这个原子的两个 电子逐一电离，外界必须提供多少能量? 解 : 第一 个 电 子 电 离 是 所 需 的 能 量 为 电 子 的 结 合 能,即: E 1 = 24.5eV 第二个电子电离过程 ,可以认为是类氢离子的电离,需要的能量为 : 1 1 ∞ = Rhcz 2 = 22 ?13.6eV = 54.4eV E 2 = hv = 1 n ∞ 所以 两 个 电 子 逐 一 电 离 时 外 界 提 供 的 能 量 为 : E = E 1 + E 2 = 24.5eV + 54.4eV = 78.9eV 5-2 计算 4 D 3/2 态的 L ·S .(参阅 4.4.205) 分析要点:L 与 S 的点积,是两矢量的点积,可以用矢量三角形的方法,用其他矢量的模来表示;也可以求出两矢量模再乘其夹角的余弦. 解：依题意知，L =2，S =3/2，J =3/2 J =S +L J 2 =S 2 +L 2 +2S ·L = 1 [J (J +1) ? S (S +1) ? L (L +1)]?2 L ? S 2 = 1 [ 3 ( 3 +1) ? 3 ( 3 +1) ? 2(2 +1)]?2 据： 2 2 2 2 2 = ?3? 2 5-3 对于 S =1/2，和 L =2，试计算 L ·S 的可能值。要点分析:矢量点积解法同 5-2. 解：依题意知，L =2，S =1/2 可求出 J =L ±1/2=2±1/2=3/2，5/2 有两个值。因此当 J =3/2 时有： 原子结构习题 一、填空题（在划线处填上正确答案） 2101、在直角坐标系下，Li 2+ 的Schr ?dinger 方程为________________ 。 2102、已知类氢离子 He +的某一状态波函数为： ()022-023021e 222241a r a r a ???? ??-???? ??π 则此状态的能量为 )(a ， 此状态的角动量的平方值为 )(b ， 此状态角动量在 z 方向的分量为 )(c ， 此状态的 n ， l ， m 值分别为 )(d ， 此状态角度分布的节面数为 )(e 。 2103、写出 Be 原子的 Schr ?dinger 方程 。 2104、已知类氢离子 He +的某一状态波函数为 ψ= ()022-023021e 222241 a r a r a ???? ? ?-???? ??π 则此状态最大概率密度处的 r 值为 )(a ， 此状态最大概率密度处的径向分布函数值为 )(b ， 此状态径向分布函数最大处的 r 值为 )(c 。 2105、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 ______个电子。 2106、H 原子的()φr,θψ,可以写作()()()φθr R ΦΘ,,三个函数的乘积，这三个函数分别由量子数 (a) ， (b)， (c) 来规定。 2107、给出类 H 原子波函数 ()θa r Z a Zr a Z a Zr cos e 68120320220 23021-???? ??-???? ??π=ψ 的量子数 n ，l 和 m 。 2108、H 原子 3d 电子轨道角动量沿磁场方向分量的可能值 。 2109、氢原子的波函数131321122101-++=ψψψψc c c 其中 1 31211210-ψψψψ和，，都是归一化的。那么波函数所描述状态的能量平均值为（a ），角动量出现在 π22h 的概率是（b ），角动量 z 分量的平均值为（c ）。 2110、氢原子中，归一化波函数 第十章 原子结构与元素周期表习题解析 1.简述下列科学家对原子结构理论的贡献：（1）玻尔（2）德布罗意（3）海森堡（4）薛定谔（5）洪特（6）泡利（7）徐光宪 答：（1）玻尔将普朗克量子理论应用于原子结构，提出了原子能级不连续的概念，成功地解释了氢原子的不连续光谱； （2）德布罗意提出了电子的波粒二象性； （3）海森堡提出不确定原理：不能同时准确地测定电子的位置和动量； （4）薛定谔提出了电子运动的波动方程，比玻尔模型能更好地阐明电子的行为； （5）洪特指出，电子在简并轨道上排布时，尽可能占据不同的轨道，且自旋方向相同； （6）泡利提出不相容原理，指出一个原子中不可能有4个量子数完全相同2个电子； （7）徐光宪提出在多电子原子中填电子时能级高低可按照n + 0.7 l 来计算。 2.如果电子的速度是7.00×105 m·s -1,那么该电子束de Broglie 波长应该是多少？ 解： 3.设子弹质量为10 g ，速度为1000 m·s -1，试根据de Broglie 式和测不准不确定关系式，用计算说明宏观物质主要表现为粒子性，它们的运动服从经典力学规律（设子弹速度的测量误差为△υx =10-3 m·s -1）。 解： 波长最短的的γ射线的电磁波波长λ为1.0×10-5，说明，作为宏观物体的子弹，其波长很小，无法测准，可忽略，主要表现为粒子性。 这个位置测量误差极小，说明子弹有确定的运动轨道。 4.波函数也称原子轨道，它与玻尔的原子轨道有何区别？ 答：由薛定谔方程解出的描述核外电子运动状态的函数称为波函数ψ，也称pm m s m kg s m kg mv h 104010040.1100.7101.910626.691 5311234=?=???????==-----λnm m s m kg s m kg mv h 26-351 12341063.61063.61000010.010626.6?=?=?????==----λm s m kg s m kg v m h x 30-13-12341028.51001.014.3410626.64?=???????=??= ?---π 部分高校原子物理学试题汇编 试卷Ａ(聊师) 一、选择题 1.分别用１MeV的质子和氘核（所带电荷与质子相同，但质量是质子的两倍）射向金箔，它们与金箔原子核可能达到的最小距离之比为： Ａ.1/4;Ｂ.1/2; Ｃ.１; Ｄ.２. 2.处于激发态的氢原子向低能级跃适时，可能发出的谱总数为： A.4; B.6; C.10; D.12. 3.根据玻尔－索末菲理论，n=4时氢原子最扁椭圆轨道半长轴与半短轴之比为： A.1； B.2; C.3; D.4. 4.f电子的总角动量量子数j可能取值为： A.1/2，3/2; B.3/2，5/2; C.5/2，7/2; D.7/2，9/2. 5.碳原子（C，Z＝6）的基态谱项为 A.3P O; B.3P2; C.3S1; D.1S O. 6.测定原子核电荷数Z的较精确的方法是利用 A.α粒子散射实验; B. x射线标识谱的莫塞莱定律; C.史特恩－盖拉赫实验； D.磁谱仪. 7.要使氢原子核发生热核反应，所需温度的数量级至少应为（K） A.107; B.105; C.1011; D.1015. 8.下面哪个粒子最容易穿过厚层物质？ A.中子； B.中微子； C.光子； D.α粒子 9.在（1）α粒子散射实验，（2）弗兰克－赫兹实验，（3）史特恩－盖拉实验，（4）反常塞曼效应中，证实电子存在自旋的有： A.（1），（2）; B.（3）,（4）; C.（2）,（4）; D.（1）,（3）. 10.论述甲：由于碱金属原子中，价电子与原子实相互作用，使得碱金属原子的能级对角量子数l的简并消除. 论述乙：原子中电子总角动量与原子核磁矩的相互作用，导致原子光谱精细结构. 下面判断正确的是： A.论述甲正确，论述乙错误; B.论述甲错误，论述乙正确; C.论述甲，乙都正确，二者无联系； D.论述甲，乙都正确，二者有联系. 二、填充题（每空2分，共20分） 1．氢原子赖曼系和普芳德系的第一条谱线波长之比为（）. 2．两次电离的锂原子的基态电离能是三次电离的铍离子的基态电离能的（）倍. 3．被电压100伏加速的电子的德布罗意波长为（）埃. 4．钠D1线是由跃迁（）产生的. 5．工作电压为50kV的X光机发出的X射线的连续谱最短波长为（）埃. 6．处于4D3/2态的原子的朗德因子g等于（）. 7．双原子分子固有振动频率为f，则其振动能级间隔为（）. 8．Co原子基态谱项为4F9/2，测得Co原子基态中包含8个超精细结构成分，则Co核自旋I=（）. 9．母核A Z X衰变为子核Y的电子俘获过程表示（）。 一 單選題 ( Ｃ ) 1. 依据量子力学研究的结果，每一个轨域最多仅能存有两个电子，而且二者的 自旋方向必须相反，这个原则称为： (Ａ)递建原理 (Ｂ)洪德定则 (Ｃ)包立不兼容原理 (Ｄ)海森堡测不准原理 (Ｅ)埃伦费斯特定理 ( Ａ ) 2. 对于碳元素而言，下列何者为其正确的价电子组态？ (Ａ) (Ｂ) (Ｃ) (Ｄ) (Ｅ) ( Ｂ ) 3. 如果电子组态的前列元素部分和钝气的电子组态相同时，即以该钝气的元素 符号加中括号代替之，则Na 、Mg 除价电子外的其他电子可以哪一个钝气来表示？ (Ａ) He (Ｂ) Ne (Ｃ) Ar (Ｄ) Kr (Ｅ) Xe ( Ｂ ) 4. 某一价阳离子，其K 层有2个电子，L 层有8个电子，M 层有18个电子， 则此离子的中性电子组态的价轨域，具有几对成对电子？ 第 3 回 第1章 原子构造 1-4 电子组态 （2. (Ｂ)(Ｄ)(Ｅ)属激发态；(Ｃ)不符合 包立不兼容原理。） （3. 11Na 价电子1个，12Mg 价电子2个，扣除 后其他内层电子数与 [10Ne] 相同。） （4. 中性元素共2＋8＋18＋1＝29个e － ，为Cu ，其电子 组态为1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1，价轨域为3d 104s 1，具5对成对电子。） (Ａ) 4 (Ｂ) 5 (Ｃ) 6 (Ｄ) 7 (Ｅ) 8 ( Ｄ ) 5. 下列所列的中性价电子组态，何者属于激发态？ (Ａ) (Ｂ) (Ｃ) (Ｄ) (Ｅ) ( Ｅ ) 6. 下列第四周期元素中何者的价轨域无 4s 2 的电子组态？ (Ａ) Sc (Ｂ) Ca (Ｃ) Mn (Ｄ) Fe (Ｅ) Cu ( Ａ ) 7. 下列p 轨域的电子填入，其中何者不违反洪德定则？ (Ａ) (Ｂ) (Ｃ) (Ｄ) (Ｅ) ( Ａ ) 8. 某元素其正三价的价电子组态为3d 5，则该元素为下列何者？ （5. (Ｄ)应填3d 54s 1为基态。） （7. 需先填入相同方向的电子于不同轨域再填入第二个不同方向的电子。） （6. 29Cu ：[Ar]3d 104s 1。） 《原子结构》作业参考解析 1. 下列说法正确的是 A. 因为p 轨道是“8”字形的，因此p 电子沿“8”字形轨道做绕核运动 B. 主量子数为2时，电子层有2s 和2p 两个轨道 C. 氢原子核外只有一个电子，因此核外只有一个原子轨道 D. 电子云是 |ψ|2 在空间分布的图像 【D 】A ：原子核外的电子运动是没有固定轨道的，只是在核外某些区域出现的概率大，在某些区域出现的概率小，因此p 电子不是沿着“8”字形轨道做绕核运动的；B ：主量子数为2时，有2s 和2p 两种轨道，而其中2p 有3个简并轨道；C ：氢原子核外只有一个电子，但是却远远不止1个轨道，当这个电子位于1s 轨道上时，氢原子处于基态，而当这个电子位于其它高能级轨道时，氢原子处于激发态；D ：电子云是用小黑点密集程度的变化情况来形象化的描述核外电子概率密度分布的图形，而|ψ|2的物理意义是核外某处电子出现的概率密度，因此说电子云是|ψ|2 在空间分布的图像。 2. 下列原子轨道不存在的是 A. 8s B. 3f C. 4d D. 7p 《 【B 】根据量子数的取值要求，主量子数n 只能取1,2,3…等非零正整数；轨道角动量量子数l 的取值受n 的限制，只能取0,1,2,…,(n -1)，共取n 个值；磁量子数m 的取值又受l 的限制，只能取0,±1,±2…±l ，共取2l +1个值。据此，当n 为3时，l 最大只能取值为2，当l 为2时是d 轨道，所以不可能出现3f 轨道。 3. 多电子原子中决定核外电子能量高低的量子数为 A. n ,l ,m ,s B. n ,l m C. n ,l D. n 【C 】主量子数n 的大小决定了核外电子离核的远近，由于电子离核越近，受原子核吸引越强，因此能量越低，而离核越远，受原子核吸引越小，因此能量越高，所以主量子数也是多电子原子核外电子能量高低的主要因素；而多电子原子核外的电子除了受到原子核的吸引外，还收到其它电子对其的排斥作用，我们主要考虑内层和同层电子对其的屏蔽作用，因此多电子原子核外电子能量的高低，同时还与其轨道角动量量子数l 有关；而磁量子数m 的取值确定原子轨道在空间的伸展方向，所以与电子和轨道的能量无关；自旋角动量量子数s 体现了电子的自旋运动，也与其能量无关，因此对于多电子原子而言，核外电子能量的高低主要受到n 和l 的影响。 不过要特别注意的是，由于单电子原子（氢）和离子（类氢离子）核外只有一个电子，只受到原子核的吸引，因此其能量高低只与其主量子数的取值有关，而与轨道角动量量子数无关。 4. 是（ ）的图形。 ^ 222222d d d d A. B. C. D.xy xy x y x y Y Y Y Y --电子云与原子轨道教案
元素的电子组态列表
原子结构 原子核外电子排布
原子结构和元素周期律(精)
首 页 基本要求
原子结构和元素周期律
重点难点 讲授学时 内容提要
1
基本要求
[TOP]
1.1 了解原子结构的有核模型和 Bohr 模型；电子的波粒二象性、测不准原理；了解了解元素和健康的 关系。 1.2 熟悉原子轨道和概率密度的观念；熟悉原子轨道的角度分布图、径向分布函数图的意义和特征；熟 悉电子组态与元素周期表的关系，有效核电荷、原子半径及电负性变化规律。 1.3 掌握 n、l、m、s 4 个量子数的意义、取值规律及其与电子运动状态的关系；掌握基态原子电子组态 书写的三条原则，正确书写基态原子电子组态和价层电子组态。
2
重点难点
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2.1 重点 2.1.1 原子轨道、概率密度的观念；n、l、m、s 4 个量子数；电子组态和价层电子组态。熟悉的意义和 特征；熟悉电子组态与元素周期表的关系，有效核电荷、原子半径及电负性变化规律。 2.1.2 原子轨道的角度分布图和径向分布函数图；了解原子结构的有核模型和 Bohr 模型；了解了解元 素和健康的关系。 2.1.3 电子组态的书写、与元素周期表的关系；元素性质的变化规律。 2.2 难点 2.2.1 电子的波粒二象性、测不准原理；波函数和原子轨道。 2.2.2 原子轨道的角度分布图和径向分布函数图。 2.2.3 熟悉电子组态与元素周期表的关系。
3
讲授学时
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建议 4～6 学时
1
内容提要
[TOP]
第一节
第二节
第三节
第四节
第五节
4.1 第一节 氢原子的结构 4.1.1 氢光谱和氢原子的玻尔模型 α 粒子散射实验提供了原子结构的有核模型，但卢瑟福模型没有解决原子核外的空间如何被电子所 占有问题。 量子力学基于两点认识原子结构：一是量子化现象，二是测不准原理。 普朗克提出，热物体吸收或释放能量不连续，称量子化的。 氢原子的线状光谱也表现了原子辐射能量的量子化。 玻尔假定： 电子沿着固定轨道绕核旋转； 当电子在这些轨道上跃迁时就吸收或辐射一定能量的光子。 轨道能量为
E??
4.1.2 电子的波粒二象性
RH ， n=1,2,3,4,… n2
波粒二象性是指物质既有波动性又有粒子性的特性。光子的波粒二象性关系式 λ=h/mc= h/p 德布罗意的微观粒子波粒二象性关系式
??
h h ? p mv
微观粒子的波动性和粒子性通过普朗克常量 h 联系和统一起来。 微观粒子的波动性被电子衍射实验证实。电子束的衍射现象必须用统计性来理解。衍射中电子穿越 晶体投射到照相底片上， 图像上亮斑强度大的地方电子出现的概率大； 电子出现少的地方亮斑强度就弱。 所以，电子波是概率波，反映电子在空间某区域出现的概率。 4.1.3 测不准原理 海森堡指出，无法同时确定微观粒子的位置和动量，它的位置越准确，动量（或速度）就越不准确； 反之，它的动量越准确，位置就越不准确： △x· △px≥h/4π 式中△x 为坐标上粒子在 x 方向的位置误差，△px 为动量在 x 方向的误差。 测不准原理表明微观粒子不存在确定的运动轨迹，可以用量子力学来描述它在空间出现的概率及其 它全部特征。
2怎样确定原子的电子层排布
原子结构与元素周期律 习题及全解答
原子物理第五章习题
结构化学练习之原子结构习题附参考解答
第十章 原子结构与元素周期表习题解析
原子物理习题
习作_电子组态
原子结构习题及解析
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