第四版无机化学习题及 答案 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
第一章原子结构和原子周期系 1-1根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态： （a）K （b）Al （c）Cl （d）Ti（Z=22）（e）Zn（Z=30）（f）As （Z=33） 答：（a）[Ar]4s1（b）[Ne]3s23p1（c）[Ne]3s23p5（d）[Ar]3d54s2（e）[Ar] 3d104s1（f）[Ar]4s24p3 1-2给出下列原子或离子的价电子层电子组态，并用方框图表示轨道，填入轨道的电子用箭头表示。 （a）Be （b）N （c）F （d）Cl-（e）Ne+（f）Fe3+（g）As3+ 1-3 Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何 1-4以下+3价离子那些具有8电子外壳Al3+、Ga3+、Bi3+、Mn3+、Sc3+ 答：Al3+和Sc3+具有8电子外壳。 1-5已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为： （a）3s23p5（b）3d64s2（c）5s2（d）4f96s2（e）5d106s1 试根据这个信息确定它们在周期表中属于那个区、哪个族、哪个周期。
答：（a）p区，ⅦA族，第三周期（b）d区，Ⅷ族，第四周期（c）s区，ⅡA族，第五周期（d）f区，ⅢB族，第六周期（e）ds区，ⅠB族，第六周期1-6根据Ti、Ge、Ag、Rb、Ne在周期表中的位置，推出它们的基态原子的电子组态。 答：Ti位于第四周期ⅣB族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2； Ge位于第四周期ⅣA族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2； Ag位于第五周期ⅠB族，它的基态原子的电子组态为[Kr] 4d105s1； Rb位于第五周期ⅠA族，它的基态原子的电子组态为[Kr] 5s1； Ne位于第二周期0族，它的基态原子的电子组态为[He] 2s22p6。 1-7某元素的基态价层电子构型为5d36s2，给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态。 答：该元素的基态原子电子组态为[Xe] 4f126s2。 1-8某元素基态原子最外层为5s2，最高氧化态为+4，它位于周期表哪个去是第几周期第几族元素写出它的+4氧化态离子的电子构型。若用A代表它的元素符号，写出相应氧化物的化学式。 答：该元素的基态原子电子组态为[Kr] 4d25s2，即第40号元素锆（Zr）。它位于d区，第五周期ⅣB族，+4氧化态离子的电子构型为[Kr]，即 1s22s22p63s23p63d104s24p6, 相应氧化物为AO2。 第二章分子结构 2-1用VSEPR模型讨论CO2、H2O、NH3、CO32-、PO33-、PO3-、PO43-的分子模型，画出他们的立体结构，用短横代表σ键骨架，标明分子构型的几何图形的名称。
无机化学课程 项目教学设计方案 作者：熊颖 单位：江西省医药学校 2014年 3 月5 日
教学过程一、新课导入 二、教学步骤 2 §2.1 原子结构理论的发展概述一、含核的原子模型,古中国和古希腊的物质结构学说；,道尔顿的原子学说（1808 ）：原子不可分；,卢瑟福的含核原子模型（1911 ）。二、玻尔的原子模型（一）氢原子光谱玻尔氢原子理论（191 3 ）（二）玻尔氢原子理论,原子结构理论的几点假设：原子结构理论的几点 3 1、在原子中，电子不是在任意轨道上绕核运动，而是在一些符合一定条件（从量子论导出的条件）的轨道上运动。稳定轨道（stable orbital）具有固定的能量，沿此轨道运动的电子，称为处在定态的电子，它不吸收能量，也不发射能量2、电子在不同轨道上运动时具有不同的能量，通常把这些具有不连续能量的状态称为能级（energy level）。玻尔氢原子能级为：玻尔氢原子能级为： B E=, 2 n n称为量子数（quantum number n quantum number），其值可取1，2，3…等任何1 2 3… 正整数。B为常数，其值等于2.18×10-18J。3、当电子从某一轨道跃迁到另一轨道时，有能量的吸收或放出。其频率ν 可由两个轨道的能量差,E决定：E2- E1 = ,E = hν h为普朗克常量，其数值为6.62618×1034J,s。 4 （三）对玻尔理论的评价优点：,优点：首先引入量子化的概念，解释了氢原子光谱为不连续光谱。,不足：不足：（1）未能完全冲破经典力学连续概念，只是勉强加进了一些人为的量子化条件和假定。（2）不能解释多电子原子（核外电子数大于1的原子）、分子或固体的光谱。亦不能解释氢光谱的每条谱线实际上还可分裂为两条谱线的现象。（3）未考虑其运动的波动性，采用了宏观轨道的概念。 5 （四）几个基本概念,稳定轨道在原子中一些符合一定条件（从量子论导出的条件）的轨道。稳定轨道的特点——具有固定的能量。,定态电子稳定轨道上运动的电子，不吸收能量，也不发射能量,能级——具有不连续能量的状态。,基态——轨道离核最近，能量最低，这时的能量状态。, 激发态——除基态以外的任何能级状态。 6 §2.2 原子的量子力学模型一、微观粒子的运动特征 1. 量子性,量子：如果某一物理量的变化是不连续的，而是以某一最小单位量子：作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化的，其最小单位就称这一物理量的量子（quantum）。如物体所带的电荷量从Q增加到Q+dQ，Q>>dQ，但dQ所包含的电子个数却是很大的(例如1库仑的电荷量为6.24×1018个电子的电量) 从宏观上Q → Q+dQ可以认为是连续变化的。在微观领域里，一个微观粒子如果是一个离子，所带电荷只有一个或几个电子，从而离子所带电荷的变化，如A- → A2- → A3-，就不能认为是连续变化的，而是跳跃式的变化。 7 2. 波粒二象性,波粒二象性：与光子一样，电子、质子、中子、原子和分子等微观粒子都具有波动和粒子两重性质。,德布罗依波或物质波：实物微粒除具有粒子性外，还具有波的性质，这种波称为~（matter wave）。h 德布罗依预言高速运动电子的波长为：λ = mν m——电子的质量；ν——电子运动的速率，h——普朗克常量。,波动性的实验证明 8 3、微观粒子运动的统计性、概率密度：,概率密度：单位体积的概率。在空间某一点波的强度和粒子出现的概率密度成正比。,衍射实验：用强度很弱的电子流，即让电子一个一个地通过晶体到达底片时，底片上就会出现一个一个显示电子微粒性的斑点，如图（a），但斑点的位置无法预言，似乎是毫无规则地分散在底片上。若时间足够长，斑点最后会形成和强电子流所得的衍射图案一样，显示了电子的波动性，如图（b）示。 9 对大量粒子行为而言，衍射强度大的地方，出现粒子的数目就多，强度小的地方出现粒子数目就少；对一个粒子的行为而言，通过晶体后粒子所到达的地方是不能预测的，但衍射强度大的地方，粒子出现的机会也多（概率大），而强度小的地方，粒子出现的机会也少（概率小）。衍射强度大小即表示波的强度大小，即电子出现概率的大小。,概率波：电子运动在空间出现的概率可以由波的强度表现出来，概率波：因此电子及其微观粒子波（物质波）又称~。10 二、核外电子运动状态的近代描述 1. 薛定锷方程,2ψ ,2ψ ,2ψ 8π2 m 形式：,形式：+ 2 + 2 + 2 (E ,V )ψ = 0 2 ,z ,x ,y h ,求解：求解：常将直角坐标的函数ψ(x,y,z)，经坐标变换后，成为球极坐标的函数ψ(r,θ,φ,) ，再用分离变量法将ψ(r,θ,φ) 表示成为R(r)和Y(θ,φ)两部分，Y(θ,φ)又可分为Θ(θ)和Φ(φ)。Y(θ,φ) = Θ(θ),Φ(φ) 变换关系如图：ψ(r,θ,φ) = R(r),Y(θ,φ) R(r)只与电子离核半径有关，故称为波函数的径向部分；波函数的径向部分；Y(θ,φ)只与θ、φ两个角度有关，故称为波函数的角度部分11 2、波函数与原子轨道、在解R(r)方程时，要引入一个参数n，在解Θ(θ)方程时要引入另一个参数，在解Φ(φ)方程时还要引入一个参数m。n称为主量子数，称为角量子数，m称为磁量子数。它们的取值范围分别是：n = 1，2，3，4，…7 l = 0，1，2，3，…，n-1，共可取n个数值。m = 0，±1，±2，±3，…，±。共可取2l +1个数值。解薛定锷方程，可得波函数的径向部分Rn l (r)和角度部分Yl m(θ,φ) ,原子轨道：在量子力学中，三个量子数都有确定值的波函数称为~。12 注意：原子轨道的含义不同于宏观物体的运动轨道，也不注意：同于玻尔所说的固定轨道，它指的是电子的一种
第7章习题解答③ 一、是非题 1. 价电子为ns2的元素都是碱土金属。（） 解：错 2. s区元素的原子最后填充的是ns电子，次外层的各亚层则均已充满电子。.（） 解：错 3. p区元素的原子最后填充的是np电子，因ns轨道都已充满，故都是非金属元素。 （） 解：错 4. d区元素（ⅢB～Ⅷ族）的原子，一般在(n-1)d亚层中电子数不同，而最外层多 数具有ns2的构型，所以都是金属元素。（） 解：对 5. 某元素的原子序数是48，它在周期表中属于（）。 (A)s区；(B)p区；(C)d区；(D)ds区。 解：D 6. ds区元素的原子价层电子构型均为(n-1)d10ns1-2，都是金属元素。（） 解：对 7. f区元素原子主要在(n-2)f亚层中电子数目不同，外层及次外层则相差不多，所 以同一周期的f区元素之间表现出相似的化学性质。.（） 解：对 二、选择题 1. 下列离子中，最容易再失去一个电子的是.（）。 (A)Ca2+；(B)K+；(C)Be+；(D)Al3+。 解：C 2. 某元素的原子最外层只有两个l=0的电子，该元素在周期表中必定不属于.（ ）。 (A)s区元素；(B)ds区元素；(C)d区元素；(D)p区元素。 解：D 3. 下列各组数字都是分别指原子的次外层、最外层电子数和元素的常见氧化值， 其中符合于硫的情况的是.（）。 (A)2、6、-2；(B)8、6、-3；(C)18、6、-4；(D)8、6、+6。 解：D 4. 原子的价电子构型中3d亚层全满，4s亚层只有一个电子的元素是（）。 (A)汞；(B)银；(C)铜；(D)钾。 解：C 5. 下列基态离子中，具有d7电子构型的是.（）。 (A)Co2+；(B)Ni2+；(C)Fe3+；(D)Fe2+。 解：A 6. 已知某元素+3价离子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，该元素在周期表中属 于（）。 (A)ⅤB族；(B)ⅢB族；(C)Ⅷ族；(D)ⅤA族。 解：C 7. 某一族元素都是金属，其原子最外层只有一个l=0的电子，且可呈现+1以外的
1. 评 述 下 列 叙 述 是 否 正 确， 如 有 错 误， 试 予 以 改 正。(1) 主 量 子 数 n = 3 时， 有 3s 、3p 、3d 三 个 原 子 轨 道；(2) 四 个 量 子 数 n 、l 、m 、m s 都 是 用 来 描 述 原 子 轨 道 的。 1.解：(1) 错 误。 应 有 3s 、3p 、3d 三 个 亚 层 和 3s ，3p x ，3p y ，3p z ，322 d x y -，3 d xy ，3 d xz ， 3 d yz 和 32 d z ， 共 九 个 轨 道。 (2) 错 误。 量 子 数 n 、l 、m 是 用 来 描 述 原 子 轨 道 的，而 m s 只 描 述 电 子 自 旋 方 向。 、2. 下 列 关 于 原 子 轨 道 的 叙 述 是 否 正 确？ 如 不 正 确 试 予 以 改 正： (1) 主 量 子 数 n = 1 时， 有 自 旋 相 反 的 两 个 原 子 轨 道；(2) 主 量 子 数 n = 4 时， 有 4s ，4p ，4d ，4f 四 个 原 子 轨 道；(3) 磁 量 子 数 m = 0， 对 应 的 都 是 s 原 子 轨 道。 2.解：(1) 不 正 确。n = 1 时, 只 有 1s 亚 层， 也 只 有 一 个 1s 原 子 轨 道， 其 中 最 多 可 容 纳 自 旋 方 式 相 反 的 两 电 子。 (2) 不 正 确。n = 4 时 可 能 有 4s 、4p 、4d 、4f 亚 层， 原 子 轨 道 数 目 分 别 为 1、3、5、7， 所 以 可 以 有 16 个原 子 轨 道。(3) 不 正 确。 原 子 轨 道 空 间 图 象 取 决 于 角 量 子 数 l ，只 有 l = 0，m = 0 时 为 s 原 子 轨 道， 而 l ≠ 0，m = 0时 都 不 是 s 原 子 轨 道。 3. 对 某 一 多 电 子 原 子 来 说 ,(1) 下 列 原 子 轨 道 3s 、3p x 、3p y 、3p z 、3d xy 、3d xz 、3d yz 、3d z 2、3d x y 22- 中， 哪 些 是 等 价（简 并） 轨 道？(2) 具 有 下 列 量 子 数 的 电 子， 按 其 能 量 由 低 到 高 排 序， 如 能 量 相 同 则 排 在 一 起（ 可 用“<”、“=” 符 号 表 示）： (A) 3、2、1、+ 12； (B) 4、3、2、- 12； (C) 2、0、0、+ 12 ； (D) 3、2、0、+ 12； (E) 1、0、0、- 12； (F) 3、1、1、+ 12 。 3.解：(1) 等 价 轨 道 为：3 p x 、3 p y 、3 p z 3 d xy 、3 d xz 、3 d yz 、3d z 2、3d x y 22- (2) 能 量 顺 序： (E) < (C) < (F) < (A) = (D) < (B)。 4. 确 定 一 个 基 态 原 子 的 电 子 排 布 应 遵 循 哪 些 规 则？ 下 列 电 子 排 布 式 各 违 犯 了 哪 一 规 则？ (1) 7N ：1s 2 2s 2 2p x 2 2p y 1 (2) 28Ni ：1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 (3) 22Ti : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 10 4.解： 应 遵 循 的 规 则： 能 量 最 低 原 理， 泡 利 ( Pauli ) 不 相 容 原 理，洪 德(Hund) 规 则； (1) 违 反 洪 德 规 则 (2) 违 反 能 量 最 低 原 理 (3) 违 反 泡 利 不 相 容 原 理。 5. 某 元 素 的 阳 离 子 M 2+ 的 3d 轨 道 中 有 5 个 电 子， 试：(1) 写 出 M 原 子 的 核 外 电 子 排 布 式； (2) M 原 子 的 元 素 符 号 及 其 在 周 期 表 中 的 位 置（ 周 期、 族）；(3) M 2+ 的 5 个 3d 电 子 的 运 动 状 态（用 量 子 数 表 示）。 5.解：(1) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 (2) Mn ， 第 四 周 期， 第ⅦB 族 (3) n = 3，l = 2，m = 0，m s = + 12； n = 3，l = 2，m = 1，m s = + 12； n = 3，l = 2，m = - 1，m s = + 12； n = 3，l = 2，m = 2，m s = + 12； n = 3，l = 2，m = - 2，m s = + 12 。 6. 已 知 某 元 素 A 与 Ar 在 周 期 表 中 处 于 同 一 周 期， 且 原 子 核 外 相 差 3 个 电 子。 试 回 答： (1) 元 素 A 在 周 期 表 中 所 处 位 置 ( 周 期、 族 ) 及 元 素 符 号；(2) A 原 子 核 外 每 个 不 成 对 电 子 的 运 动 状 态 ( 用 量 子 数 表 示 )；(3) A 与 硫 相 比， 何 者 第 一 电 离 能 大？ 简 述 原 理。 6.(1) 第 三 周 期，ⅤA 族，P (2) 有 3 个 不 成 对 电 子， 它 们 的 量 子 数 为： 3 1 1 +12 ， 3 1 0 +12， 3 1-1 +12 (3) P 的 第 一 电 离 能 比 S 的 第 一 电 离 能 大， 因 为 失 去 的 都 是 3p 亚 层 上 的 电 子，P 原 子 的 3p 亚 层 处 于 半 充 满 状 态， 相 对 较 稳 定， 失 去 较 困 难。 7.原 子 轨 道 就 是 原 子 核 外 电 子 运 动 的 轨 道， 这 与 宏 观 物 体 运 动 轨 道 的 含 义 相 同。（ ）。 7. 错 8.以 电 子 概率(几 率) 密 度 表 示 的 空 间 图 象 即 为 原 子 轨 道， 波 函 数 的 空 间 图 象 即 为 电 子 云。（ ）
1. 评 述 下 列 叙 述 是 否 正 确， 如 有 错 误， 试 予 以 改 正。 (1) 主 量 子 数 n = 3 时， 有 3 s 、 3p 、3d 三 个 原 子 轨 道； (2) 四 个 量 子 数 n 、 l 、 、 m s 都 是 用 来 描 述 原 子 轨 道 的。 m 1. 解：(1) 错 误。 应 有 3 s 、3 3 三 个 亚 层 和 3 ，3 p x ，3p ，3 p z ，3 d 2 2 ， 3 d xy ， 3 d xz ， 3 d yz 和 3 d 2 ， p 、 d s y y x z 共 九 个 轨 道。 (2) 错 误。 量 子 数 n 、l 、m 是 用 来 描 述 原 子 轨 道 的，而 m s 只 描 述 电 子 自 旋 方 向。 、 2. 下 列 关 于 原 子 轨 道 的 叙 述 是 否 正 确？ 如 不 正 确 试 予 以 改 正： (1) 主 量 子 数 n = 1 时， 有 自 旋 相 反 的 两 个 原 子 轨 道； (2) 主 量 子 数 n = 4 时， 有 4 s ，4 ，4 ，4 四 个 原 子 p d f 轨 道； (3) 磁 量 子 数 = 0 ， 对 应 的 都 是 s 原 子 轨 道。 m 2. 解：(1) 不 正 确。n = 1 时, 只 有 1 s 亚 层， 也 只 有 一 个 1 s 原 子 轨 道， 其 中 最 多 可 容 纳 自 旋 方 式 相 反 的 两 电 子。 (2) 不 正 确。 n = 4 时 可 能 有 4 s 、4 、4 、4 亚 层， 原 子 轨 道 数 目 分 别 为 1 、3、5、7， 所 以 可 以 有 16 p d f 个原 子 轨 道。 (3) 不 正 确。 原 子 轨 道 空 间 图 象 取 决 于 角 量 子 数 l ，只 有 l = 0 ， = 0 时 为 s 原 子 轨 道， 而 m l ≠ 0 ， = 0 时 都 不 是 s 原 子 轨 道。 m 3. 对 某 一 多 电 子 原 子 来 说 ,(1) 下 列 原 子 轨 道 3 s 、3 、3 、3 p z 、3 、3 d xz 、3 、3 d z 2 、3 d x 2 y 2 中， 哪 些 是 等 p x p y d xy d yz 价（简 并） 轨 道？ (2) 具 有 下 列 量 子 数 的 电 子， 按 其 能 量 由 低 到 高 排 序， 如 能 量 相 同 则 排 在 一 起（ 可 用“ <”、“ =” 符 号 表 示）： (A) 3 、 2、 1、 + 21 ； (B) 4 、 3、 2、 - 21 ； (C) 2 、 0、 0、 + 21 ； (D) 3 、 2、 0、 + 21 ； (E) 1 、 0、 0、 - 21 ； (F) 3 、 1、 1、 + 21 。 3. 解： (1) 等 价 轨 道 为： 3 p x 、3 p y 、3 p z 3 d xy 、 3 d xz 、3 d yz 、 3d z 2 、 3d x 2 y 2 (2) 能 量 顺 序： (E) < (C) < (F) < (A) = (D) < (B) 。 4. 确 定 一 个 基 态 原 子 的 电 子 排 布 应 遵 循 哪 些 规 则？ 下 列 电 子 排 布 式 各 违 犯 了 哪 一 规 则？ (1) 7N ：1s 2 2 s 2 2 p x 2 2 p y 1 (2) 28Ni ： 1s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 (3) 22Ti : 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 10 4. 解： 应 遵 循 的 规 则： 能 量 最 低 原 理， 泡 利 ( Pauli ) 不 相 容 原 理，洪 德(Hund) 规 则； (1) 违 反 洪 德 规 则 (2) 违 反 能 量 最 低 原 理 (3) 违 反 泡 利 不 相 容 原 理。 5. 某 元 素 的 阳 离 子 M 2+ 的 3 d 轨 道 中 有 5 个 电 子， 试： (1) 写 出 M 原 子 的 核 外 电 子 排 布 式； (2) M 原 子 的 元 素 符 号 及 其 在 周 期 表 中 的 位 置（ 周 期、 族）； (3) M 2+ 的 5 个 3 d 电 子 的 运 动 状 态（用 量 子 数 表 示）。 5. 解： (1) 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 5 4 s 2 (2) Mn ， 第 四 周 期， 第Ⅶ B 族 (3) n = 3 ， l = 2 ， = 0 ， m = + 1 ； n = 3 ， l = 2 ， = 1 ， m = + 1 ； n = 3 ， l = 2 ， = - 1 ， m = + 1 ； m 2 m 2 m 2 s s s ， ， = + 1 ； n = 3 ， l = 2 ， = - 2 ， m = + 1 。 n = 3 ， l = 2 m = 2 m s m 2 s 2 6. 已 知 某 元 素 A 与 Ar 在 周 期 表 中 处 于 同 一 周 期， 且 原 子 核 外 相 差 3 个 电 子。 试 回 答： (1) 元 素 A 在 周 期 表 中 所 处 位 置 ( 周 期、 族 ) 及 元 素 符 号；(2) A 原 子 核 外 每 个 不 成 对 电 子 的 运 动 状 态 ( 用 量 子 数 表 示 ) ；(3) A 与 硫 相 比， 何 者 第 一 电 离 能 大？ 简 述 原 理。 6.(1) 第 三 周 期，Ⅴ A 族， P (2) 有 3 个 不 成 对 电 子， 它 们 的 量 子 数 为： 3 1 1 + 1 1 1 2 ， 3 1 0 + 2 ， 3 1-1 + 2 (3) P 的 第 一 电 离 能 比 S 的 第 一 电 离 能 大， 因 为 失 去 的 都 是 3p 亚 层 上 的 电 子， P 原 子 的 3 p 亚 层 处 于 半 充 满 状 态， 相 对 较 稳 定， 失 去 较 困 难。 7. 原 子 轨 道 就 是 原 子 核 外 电 子 运 动 的 轨 道， 这 与 宏 观 物 体 运 动 轨 道 的 含 义 相 同。（ ）。 7. 错 8. 以 电 子 概率 ( 几 率) 密 度 表 示 的 空 间 图 象 即 为 原 子 轨 道， 波 函 数 的 空 间 图 象 即 为 电 子 云。（ ）
第五章 原子结构和元素周期表 本章总目标： 1：了解核外电子运动的特殊性，会看波函数和电子云的图形 2：能够运用轨道填充顺序图，按照核外电子排布原理，写出若干元素的电子构型。 3：掌握各类元素电子构型的特征 4：了解电离势，电负性等概念的意义和它们与原子结构的关系。 各小节目标： 第一节：近代原子结构理论的确立 学会讨论氢原子的玻尔行星模型213.6E eV n = 。 第二节：微观粒子运动的特殊性 1：掌握微观粒子具有波粒二象性（h h P mv λ= =）。 2：学习运用不确定原理（2h x P m π???≥ ）。 第三节：核外电子运动状态的描述 1：初步理解量子力学对核外电子运动状态的描述方法——处于定态的核外电子在核外空间的概率密度分布（即电子云）。 2：掌握描述核外电子的运动状态——能层、能级、轨道和自旋以及4个量子数。 3：掌握核外电子可能状态数的推算。 第四节：核外电子的排布 1：了解影响轨道能量的因素及多电子原子的能级图。 2;掌握核外电子排布的三个原则： ○ 1能量最低原则——多电子原子在基态时，核外电子尽可能分布到能量最低的院子轨道。 ○ 2Pauli 原则——在同一原子中没有四个量子数完全相同的电子，或者说是在同一个原子中没有运动状态完全相同的电子。 ○3Hund 原则——电子分布到能量简并的原子轨道时，优先以自旋相同的方式
分别占据不同的轨道。 3:学会利用电子排布的三原则进行 第五节：元素周期表 认识元素的周期、元素的族和元素的分区，会看元素周期表。 第六节：元素基本性质的周期性 掌握元素基本性质的四个概念及周期性变化 1：原子半径——○1从左向右，随着核电荷的增加，原子核对外层电子的吸引力也增加，使原子半径逐渐减小；○2随着核外电子数的增加，电子间的相互斥力也增强，使得原子半径增加。但是，由于增加的电子不足以完全屏蔽增加的核电荷，因此从左向右有效核电荷逐渐增加，原子半径逐渐减小。 2：电离能——从左向右随着核电荷数的增多和原子半径的减小，原子核对外层电子的引力增大，电离能呈递增趋势。 3：电子亲和能——在同一周期中，从左至右电子亲和能基本呈增加趋势，同主族，从上到下电子亲和能呈减小的趋势。 4：电负性——在同一周期中，从左至右随着元素的非金属性逐渐增强而电负性增强，在同一主族中从上至下随着元素的金属性依次增强而电负性递减。 习题 一选择题 1.3d电子的径向函数分布图有（）(《无机化学例题与习题》吉大版) A.1个峰 B.2个峰 C. 3个峰 D. 4个峰 2.波函数一定，则原子核外电子在空间的运动状态就确定，但仍不能确定的是（） A.电子的能量 B.电子在空间各处出现的几率密度 C.电子距原子核的平均距离 D.电子的运动轨迹 3.在下列轨道上的电子，在xy平面上的电子云密度为零的是（）(《无机化学例题与习题》吉大版) A .3s B .3p x C . 3p z D .3d z2 4.下列各组量子数中，合理的一组是（） A .n=3，l=1，m l=+1，m s= +1/2 B .n=4，l=5，m l= -1，m s= +1/2 C .n=3，l=3，m l=+1，m s= -1/2
第四章原子结构和元素周期系 一、填空题 4.1 在氢原子的激发态中，4s和3d状态的能量高低次序为E4s______________E3d；对于钾原子，能量高低次序为E4s______________E3d；对于钛原子，能量高低次序为E4s______________E3d。 4.2 氢原子的电子能级由量子数______________决定，而锂原子的电子能级由量子数______________决定。 4.3 有两种元素的原子在n=4的电子层上都只有两个电子，在次外层l=2的轨道中电子数分别为0和10。前一种原子是______________，位于周期表中第______________周期，第______________族，其核外电子排布式为______________；原子序数大的原子是______________，位于周期表中第______________周期，第______________族，其核外电子排布式为______________，该原子的能级最高的原子轨道的量子数为______________。 4.4 镧系元素的价层电子构型为______________，锆与和铪、铌与钽性质相似是由于______________而造成的。 4.5 当n=4时，电子层的最大容量为______________，如果没有能级交错，该层各轨道能级由低到高的顺序应为______________，4f电子实际在第______________周期的______________系元素的______________元素中开始出现。 4.6 第六周期的稀有气体的电子层结构为______________，其原子序数为______________。4.7 具有ns2np3价电子层结构的元素有______________ ，具有(n-1)d10ns2np6价电子层结构的元素有______________ ，前一类元素又叫______________族元素，后一类元素属于______________。 4.8 每一个原子轨道要用______________个量子数描述，其符号分别是______________，表征电子自旋方式的量子数有______________个，具体值分别是______________。 4.9 如果没有能级交错，第三周期应有______________个元素，实际该周期有______________个元素；同样情况，第六周期应有______________个元素，实际有______________个元素。4.10 氢原子光谱的能量关系式为ΔE=R H(1/n12-1/n22)，R H等于______________，当n1=1，n2=______________时，ΔE=R H，R H也等于氢原子的______________能。 4.11 某过渡元素在氪之前，此元素的原子失去一个电子后的离子在角量子数为2的轨道中电子恰为全充满，该元素为______________，元素符号为______________。该元素原子的基态核外电子排布式为______________，原子最外层轨道中电子的屏蔽系数σ等于______________，有效核电荷z*______________等于。 二、选择题 4.12 所谓原子轨道是指（） A. 一定的电子云 B. 核外电子的概率 C. 一定的波函数 D. 某个径向分布函数 4.13 下列电子构型中，属于原子激发态的是（） A. 1s22s12p1 B. 1s22s22p6 C. 1s22s22p63s2 D. 1s22s22p63s23p64s1 4.14 周期表中第五、六周期的ⅣB、ⅤB、ⅥB族元素的性质非常相似，这是由于以下哪项导致的（） A. s区元素的影响 B. p区元素的影响 C.d区元素的影响 D. 镧系元素的影响 4.15 描述Ψ3dZ2的一组量子数是（） A. n=2, l=1, m=0 B. n=3, l=2, m=0 C. n=3, l=1, m=0 D. n=3, l=2, m=1 4.16 下列各组量子数中错误的是（） A. n=3, l=2, m=0, m s=+1/2 B. n=2, l=2, m=-1, m s=-1/2 C. n=4, l=1, m=0, m s=-1/2 D. n=3, l=1, m=-1, m s=+1/2 4.17 下列原子半径大小顺序中正确的是（）
师生三代共建原子结构模型 19世纪末20世纪初，随着X射线、电子、放射性现象的发现，在物理学领域内爆发了一场举世瞩目的大革命。在不太长时间内，新理论风起云涌，新实验层出不穷，一位位科学巨匠应运而生。在这批科学巨人所创建的科学大厦中，汤姆生、卢瑟福、玻尔师生三代精心雕琢起来的原子结构模型，至今依然光芒闪耀。 1897年，刚刚40岁的汤姆生证明了电子的存在，轰动了科学界，一举成为国际物理学界的佼佼者。然而，他并没有因此而停步不前，仍一如既往、兢兢业业，继续攀登科学的高峰。1904年，汤姆生提出，原子好像一个带正电的球，这个球承担了原子质量的绝大部分，电子作为点电荷镶嵌在球中间。这种“葡萄干蛋糕”式的无核模型是汤姆生企图解释元素化学性质发生规律性变化而反复思考得出的。 汤姆生既是一位理论物理学家，又是一位出色的教育家。他在担任英国卡文迪许实验物理学教授及实验室主任的34年间，培养出了众多优秀人才，在他的弟子中，有9位获得过诺贝尔奖，卢瑟福 就是其中之一。1906年，英国人卢瑟福做了一次极为著名的实验，他用α粒子（即氦粒子流）作“炮弹”去轰击金属箔片制的靶子，他发现α粒子穿过箔片后，大多数没有改变方向，如入无人之境，畅通无阻，这说明原子内部是很“空”的。同时他也发现竟有少数α粒子在偏离原方向相当大的角度散射出来，有极少数甚至被反弹回来，这是汤姆生原子模型所无法解释的，由此卢瑟福证明了正电荷不是分散分布在一个较大的球体内，而是集中在一个很小的核心上，这个核心被他称作原子核。原子核的发现使卢瑟福感到惊讶，而科学家的敏感和追根问底的性格使他始终抓住这个问题不放，并经过周密的思考后于1911年大胆地提出了有核原子模型。他设想原子可以和一个小行星系统相比拟，原子模型的中心是一个带正电荷的核，这个核几乎把整个原子的质量集中于一身，原子核的半径在10－14m～10－15m间，是整个原子半径的万分之一至十万分之一，带负电的电子散布在核的外围，围绕原子核旋转。这种模型被后人称之为行星式原子结构模型。卢瑟福的实验室被后人称为“诺贝尔奖得主的幼儿园”。他的头像出现在新西兰货币的最大面值——100元上面，作为国家对他最崇高的敬意和纪念。 卢瑟福的原子模型虽比汤姆生模型前进了一大步，但是仍然没有摆脱宏观物体运动规律的框架，所以在解释原子的稳定性和光谱规律性上同样遇到了难以逾越的困难。而提出解释这一困难办法的是丹麦物理学家玻尔。玻尔曾在曼切斯特大学的卢瑟福实验室工作过。他非常赞赏他的老师的学问和为人。受卢瑟福的影响，玻尔的主要兴趣就集中在原子和原子核问题的研究上，于1913年提出了“电子在原子核外空间的一定轨道上绕核做高速的圆周运动”原子模型学说，使原子结构理论为之一
第四版无机化学习题及答案
第一章原子结构和原子周期系 1-1根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态： （a）K （b）Al （c）Cl （d）Ti（Z=22）（e）Zn（Z=30）（f）As（Z=33） 答：（a）[Ar]4s1（b）[Ne]3s23p1（c）[Ne]3s23p5（d）[Ar]3d54s2（e）[Ar] 3d104s1（f）[Ar]4s24p3 1-2给出下列原子或离子的价电子层电子组态，并用方框图表示轨道，填入轨道的电子用箭头表示。 （a）Be （b）N （c）F （d）Cl-（e）Ne+（f）Fe3+（g）As3+ 1-3 Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何？
1-4以下+3价离子那些具有8电子外壳？Al3+、Ga3+、Bi3+、Mn3+、Sc3+ 答：Al3+和Sc3+具有8电子外壳。 1-5已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为： （a）3s23p5（b）3d64s2（c）5s2（d）4f96s2（e）5d106s1 试根据这个信息确定它们在周期表中属于那个区、哪个族、哪个周期。 答：（a）p区，ⅦA族，第三周期（b）d区，Ⅷ族，第四周期（c）s区，ⅡA族，第五周期（d）f区，ⅢB族，第六周期（e）ds区，ⅠB族，第六周期 1-6根据Ti、Ge、Ag、Rb、Ne在周期表中的位置，推出它们的基态原子的电子组态。 答：Ti位于第四周期ⅣB族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2；
Ge位于第四周期ⅣA族，它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2； Ag位于第五周期ⅠB族，它的基态原子的电子组态为[Kr] 4d105s1； Rb位于第五周期ⅠA族，它的基态原子的电子组态为[Kr] 5s1； Ne位于第二周期0族，它的基态原子的电子组态为[He] 2s22p6。 1-7某元素的基态价层电子构型为5d36s2，给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态。 答：该元素的基态原子电子组态为[Xe] 4f126s2。1-8某元素基态原子最外层为5s2，最高氧化态为+4，它位于周期表哪个去？是第几周期第几族元素？写出它的+4氧化态离子的电子构型。若用A 代表它的元素符号，写出相应氧化物的化学式。答：该元素的基态原子电子组态为[Kr] 4d25s2，即第40号元素锆（Zr）。它位于d区，第五周期ⅣB族，+4氧化态离子的电子构型为[Kr]，即1s22s22p63s23p63d104s24p6, 相应氧化物为AO2。
第7章习题解答① 一、是非题 1. 4f能级对应的量子数为n=4，l=3。（） 解：对 2. 3d能级对应的量子数为n=3，l=3。（） 解：错 3. p原子轨道的角度分布图是两个外切的等径圆，图中的正、负号代表电荷符号。. （） 解：错 4. 原子的s轨道角度分布图是球形对称的。（） 解：对 5. 在多电子原子中，核外电子的能级只与主量子数n有关，n越大，能级越高。（ ） 解：错 6. 对任何原子核外某一电子来说，只有四个量子数完全确定后，其能量才有一定 值。（） 解：错 7. 原子轨道就是原子核外电子运动的轨道，这与宏观物体运动轨道的含义相同。（ ）。 解：错 8. 以电子概率(几率)密度表示的空间图象即为原子轨道，波函数的空间图象即为电 子云。（） 解：错 9. 电子云是核外电子分布概率(几率)密度的空间图象。.（） 解：对 10. 波函数ψ表明微观粒子运动的波动性，其数值可大于零也可小于零，∣ψ∣2表示 电子在原子核外空间出现的概率(几率)密度。.（） 解：对 二、选择题 1.所谓某原子轨道是指.（）。 (A)一定的电子云；(B)核外电子出现的概率(几率)； (C)一定的波函数；(D)某个径向分布函数。 解： C 2.与波函数视为同义语的是（）。 (A)概率(几率)密度；(B)电子云； (C)原子轨道；(D)原子轨道的角度分布图。 解： C 3.氢原子的原子轨道能量取决于量子数（）。 (A)n；(B)n和l；(C)l；(D)m。 解： A 4.下列有关电子云的叙述中，错误的是（）。 (A)电子云形象地表示了电子在核外某处单位微体积内出现的概率(几率)； (B)电子云形象化地表示了电子在核外空间某处出现的概率(几率)密度；
《无机化学》电子教案 -CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第 1 章原子结构与元素周期系 [ 教学要求 ] 1 ．掌握近代理论在解决核外电子运动状态问题上的重要结论：电子云概念，四个量子数的意义， s 、 p 、 d 原子轨道和电子云分布的图象。 2 ．了解屏蔽效应和钻穿效应对多电子原子能级的影响，熟练掌握核外电子的排布。 3 ．从原子结构与元素周期系的关系，了解元素某些性质的周期性。 [ 教学重点 ] 1 ．量子力学对核外电子运动状态的描述。 2 ．基态原子电子组态的构造原理。 3 ．元素的位置、结构、性质之间的关系。 [ 教学难点 ] 1 ．核外电子的运动状态。 2 ．元素原子的价电子构型。 [ 教学时数 ] 8 学时 [ 教学内容 ] 1 ．核外电子运动的特殊性：核外电子运动的量子化特征（氢原子光谱和玻尔理论）。核外电子运动的波粒二象性（德布罗衣的预言，电子的衍射试验，测不准关系）。 2 ．核外电子运动状态的描述：波函数、电子云及其图象表示（径向与角度分布图）。波函数、原子轨道和电子云的区别与联系。四个量子数（主量子数n ，角量子数l ，磁量子数m ，自旋量子数ms ）。 3 ．核外电子排布和元素周期表；多电子原子的能级（屏蔽效应，钻穿效应，近似能级图，原子能级与原子序数关系图）。核外电子排布原理和电子排布（能量最低原理，保里原理，洪特规则）。原子结构与元素周期性的关系（元素性质呈周期性的原因，电子层结构和周期的划分，电子层结构和族的划分，电子层结构和元素的分区）。 4 ．元素某些性质的周期性，原子半径，电离势，电子亲和势，电负性。
第一章原子结构与原子周期系 1-1根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态: (a)K (b)Al (c)Cl (d)Ti(Z=22) (e)Zn(Z=30) (f)As(Z=33) 答:(a)[Ar]4s1(b)[Ne]3s23p1(c)[Ne]3s23p5(d)[Ar]3d54s2(e)[Ar] 3d104s1(f)[Ar]4s24p3 1-2给出下列原子或离子的价电子层电子组态,并用方框图表示轨道,填入轨道的电子用箭头表示。 (a)Be (b)N (c)F (d)Cl-(e)Ne+(f)Fe3+(g)As3+ 1-3 Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+的基态的最外层电子组态与次外层电子组态分别如何？ 1-4以下+3价离子那些具有8电子外壳？Al3+、Ga3+、Bi3+、Mn3+、Sc3+ 答:Al3+与Sc3+具有8电子外壳。 1-5已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为: (a)3s23p5(b)3d64s2(c)5s2(d)4f96s2(e)5d106s1 试根据这个信息确定它们在周期表中属于那个区、哪个族、哪个周期。 答:(a)p区,ⅦA族,第三周期(b)d区,Ⅷ族,第四周期(c)s区,ⅡA族,第五周期(d)f区,ⅢB族,第六周期(e)ds区,ⅠB族,第六周期 1-6根据Ti、Ge、Ag、Rb、Ne在周期表中的位置,推出它们的基态原子的电子组态。 答:Ti位于第四周期ⅣB族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d24s2; Ge位于第四周期ⅣA族,它的基态原子的电子组态为[Ar]3d104s24p2; Ag位于第五周期ⅠB族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 4d105s1; Rb位于第五周期ⅠA族,它的基态原子的电子组态为[Kr] 5s1; Ne位于第二周期0族,它的基态原子的电子组态为[He] 2s22p6。 1-7某元素的基态价层电子构型为5d36s2,给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态。 答:该元素的基态原子电子组态为[Xe] 4f126s2。 1-8某元素基态原子最外层为5s2,最高氧化态为+4,它位于周期表哪个去？就是第几周期第几族元素？写出它的+4氧化态离子的电子构型。若用A代表它的元素符号,写出相应氧化物的化学式。 答:该元素的基态原子电子组态为[Kr] 4d25s2,即第40号元素锆(Zr)。它位于d区,第五周期ⅣB族,+4氧化态离子的电子构型为[Kr],即1s22s22p63s23p63d104s24p6, 相应氧化物为AO2。 第二章分子结构
第八章原子结构 一、是非题 1、电子在原子核外运动的能量越高，它与原子核的距离就越远。任何时候1s电子总比2s电子更靠近原子核，因为E2s > E1s。 2、在电子云图形中，黑点越密的地方其几率密度就越大，电子出现的机会就越多；反之，黑点越稀的地方，电子出现的机会就越少。 3、3p电子的电子云图象代表了它在核外空间几率密度的分布而不是径向几率分布。 4、原子中某电子的各种波函数，代表了该电子可能存在的各种运动状态，每一种状态可视为一个轨道。 5、n=2的原子轨道离核的平均距离是n=1的原子轨道离核距离的2倍；m=+2说明该轨道的方向是+2，m=0说明该轨道无方向。 6、氢原子中，2s与2p轨道是简并轨道，其简并度为4；在钪原子中，2s与2p 轨道不是简并轨道，2px，2py，2pz为简并轨道，简并度为3。 7、根据原子轨道能级图和能级高低的顺序，氟原子2p电子能量应比铍原子2s电子能量高。 8、在元素周期表中，每一周期的元素个数正好等于该周期元素最外电子层轨道可以容纳的电子个数。 9、元素在化合物中的最高氧化数，不一定等于该元素在周期表中的族次。 10、就热效应而言，电离能一定是吸热的，电子亲和能一定是放热的。 11、原子中某电子所受到的屏蔽效应可以认为是其它电子向核外排斥该电子的效应。 12、根据原子轨道的能级，人们将能量相近的轨道划为同一能级组。周期表中同一周期各元素的最外层电子，属于同一能级组，它们的能量也很相近。 13、铬原子的电子排布为Cr：[Ar]4s13d5，由此得出，洪特规则在与能量最低原理出现矛盾时，首先应服从洪特规则。 14、s区元素原子丢失最外层的s电子得到相应的离子，d区元素的原子丢失处于最高能级的d电子而得到相应的离子。 15、元素的电子亲和能和电离能的递变趋势完全一致，电子亲和能大意味着容易得到电子而不易失去电子，电离能也应该比较大。电离能小的元素，它的电子亲和能也小。 二、选择题 1、玻尔在他的原子理论中： A、证明了电子在核外圆形轨道上运动 B、推导出原子半径与量子数平方成反比 C、应用了量子力学的概念和方法 D、解决了氢原子光谱和电子能量之间的关系问题 2、波函数和原子轨道二者之间的关系是： A、波函数是函数式，原子轨道是电子轨迹 B、波函数和原子轨道是同义词 C、只有轨道波函数与原子轨道才是同义的 D、以上三种说法都不对 3、轨道上的电子在xy平面上的电子几率密度为0： A、3Pz B、3dz2 C、3s D、3Px 4、估计一电子受屏蔽的总效应，一般要考虑的排斥作用是： A、内层电子对外层电子 B、外层电子对内层电子 C、所有存在的电子对该电子 D、同层和内层电子对该电子 5、电子的钻穿本领和受其它电子屏蔽的效应之间的关系是 A、本领越大，效应越小 B、本领越大，效应越大 C、上述两种关系都可能存在 D、没有一定关系 6、多电子原子的原子轨道能级顺序随着原子序数的增加：A、轨道能量逐渐降低，但能级顺序不变B、轨道能量基本不变，但能级顺序改变 C、轨道能量逐渐增加，能级顺序不变 D、轨道能量逐渐降低，能级顺序也会改变 7、下列电子构型中，电离能最低的是： A、ns2np3 B、ns2np4 C、ns2np5 D、ns2np6 8、下列元素中，第一电离能最大的是 A、B B、C C、Al D、Si 9、下列元素中，其电负性依次减小的是： A、K Na Li B、O Cl H C、As P H D、三者都是 10、原子轨道中“填充”电子时必须遵循能量最低原理，这里的能量主要是指： A、亲合能 B、电能 C、势能 D、动能 11、各元素原子的电子排布中有的出现“例外”的现象，对于这些元素： A、电子填充的三原则不适用 B、电子填充的三原则互相矛盾 C、通常使用的能级图不准确 D、三者都有可能 12、在周期表中，氡(86号)下面一个未发现的同族元素的原子序数应该是： A、150 B、136 C、118 D、109 13、下列哪一原子的原子轨道能量与角量子数无关? A、Na B、Ne C、F D、H 14、零族元素中原子序数增加电离能随之减少，这符合哪条规律? A、原子量增加致使电离能减小 B、核电荷增加致使电离能减小 C、原子半径增加致使电离能减小 D、元素的金属性增加致使电离能减小 15、下列原子中，第一电子亲合能最大(放出的能量最多)是： A、N B、O C、P D、S 16、用来表示核外某电子运动状态的下列各组量子数中哪一组是合理的? A、(2,1,-1,-1/2) B、.(0,0,0,+1/2) C、(3,1,2,+1/2) D、(2,1,0,0) 三、填空题 1、宏观物体的运动可用方程F=ma 描述,但微观物体的运动要用量子力学中的描述。它是一个偏微分方程式。 2、主量子数为4的一个电子，它的角量子数的可能取值有种，它的磁量子数的可能取值有种。 3、填上合理的量子数：n=2、l= 、m= 、ms=+1/2。 4、+3价离子的电子层结构与S2-离子相同的元素是。 5、元素的电负性数值越大，则在分子中此元素的越强。元素的电离能越小，则此元素的金属性越。 6、微观粒子运动与宏观物质相比具有两大特征，它们是和，说明微观粒子运动特点的两个重要实验是和。 7、氢原子的电子能级由决定，而钠原子的电子能级由决定。 8、Mn原子的价电子构型为，用四个量子数分别表示每个价电子的一定状态，是。 9、在空白处填上元素符号，原子序数或者适当的数字。 (1) 电子排布式为：[Ar]3d24s[ ]，元素符号为，原子序数为。 (2) 电子排布式为：[Kr]4d[ ]5s25p1，元素符号为，原子序数为。 (3) Bi(Z=83)电子排布式为：[Xe]4f[ ]5d[ ]6s[ ]6p[ ]。