第10章 原子结构与元素周期律
内容提要
本章的重点是认识核外电子的运动状态，核外电子周期性排布以及与元素周期表的关系。首先应把注意力集中于弄清核外电子的运动状态的描述方法，了解微观粒子运动的基本属性，清楚对氢原子和类氢离子的核外单电子进行量子力学处理基本方法中涉及的概念和意义。在弄清上述概念的基础上，要掌握四个量子数、核外电子周期性排布以及与元素周期表的关系，正确认识元素的周期性变化规律（如原子半径、电离能、电子亲和能和电负性）。
1．量子力学对氢原子的处理 1）波粒二象性
微观粒子的运动既有波动性又有粒子性，常称为波粒二象性（量子化特征）。与波动性有关的物理量（波长λ）和与微粒性有关的物理量（动量p ）可以通过普朗克常数（h ）联系起来，这就是著名的德布罗依关系式
h/p h/mv ==λ。
具有波动性的粒子不能同时具有确定的坐标与动量，即???x p ≥4h/π。这一关系称为海森堡不确定性原理（或测不准原理）。1905年，爱因斯坦（Einstein ）提出了著名的爱因斯坦方程E =hc/λ，为近代量子论奠定了基础。
2）波函数
既然电子在原子核外运动服从量子力学规律，就必须解决如何描述其运动状态的问题，这就是著名的薛定谔方程。该方程的每一个合理的解Ψ，都以波函数表示粒子运动的某一状态，并有对应于这个稳定状态的总能量E 。
在球坐标中波函数表达为Ψ n,l,m (r ,θ, φ)，还可分解成径向部分R n , l ( r ) 和角度部分 Y l ,m (θ, φ)。
3）几率密度2
ψ和电子云
波函数Ψ本身並无具体的物理意义，仅表示薛定谔方程的解，但2
ψ
却给出了
明确的物理意义：2
表示在空间任意小体积元（d V ）中电子出现的概率，即概率密度，其空间图像称为电子云。
4）波函数的有关图形表示
原子轨道的角度分布是以Y (θ, φ) 随θ, φ 变化的图形，2
Y 随θ, φ变化的图形称为电子云角度分布图；以4πr 2
R 2
(r ) 对 r 作图，则表示在半径r 与r + d r 之间的薄层球壳内电子出现概率与半径r 之间的关系。要注意的是，角度分布图与主量子数n 无关，只与l 和m 有关；原子轨道角度分布图有正负号之分，它在判断成键方向和能否成键方面有重要作用；电子云角度分布图比原子轨道角度分布图稍“瘦”，且无正负号之分。
5）四个量子数
由薛定谔方程解出的每一个合理的波函数Ψ是由n, l , m 三个量子数决定的。量子数n , l, m 有各自的名称和含义，取值有一定的限制和关联，每一个值也有一个确定的表达符号。第四个量子数为自旋量子数m s ，它表示电子自旋运动的方向。
主量子数n ： 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, … n 电子层符号： K, L, M, N, O, P, Q 副量子数l ： 0，1，2，3，…（n -1）
亚层符号： s ，p ，d ，f ，…
l = 0时，m = 0，表示n s 亚层只有一个轨道，即s 轨道。l = 1时，m 可取0，l ，共3个值，表示n p 亚层有三个轨道，即p x 、p y 和p z 轨道。l = 2时，m 可取
2，
1，0，1，2，共5个值，表示n d 亚层有5个轨道，即d xy 、d yz 、d xz 、2d z 、
22
d x y -
，人们习惯上将位于z 轴的轨道的m 看作0，例如p z 、2d z 的m 值等于0（s
轨道除外）。
要记忆l = 0、1、2的原子轨道的角度分布图的形状和正负号。 自旋量子数m s ：可取值
1/2。
2．核外电子排布与元素周期律
多电子原子核外电子的排布是借助实验数据和计算中的某些近似处理得到的。电子排布遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪德规则。
电子排布的顺序遵循鲍林原子轨道近似能级图，而实际电子的能量高低则更符合科顿原子轨道能级图。在科顿原子轨道能级图中，原子轨道有能级交错现象。
应记住洪德规则的特例，即：等价轨道全充满、半充满或全空的状态是比较稳定的。
元素周期表中周期的划分符合鲍林能级图中的能级组。应熟悉周期表中的周期（超短、短、长、超长、未完），族（A，B）与区（s，p，d，ds，f）与电子层构型的关系。
3．元素基本性质及其周期性
1）原子半径
不可能确定原子的绝对大小，但原子占有一个变化不大的空间，可人为规定或用实验方法度量原子的相对大小。原子半径的度量有共价半径、金属半径和范德华半径，通常指共价半径。镧系元素随着原子序数的增加原子半径的减小称为镧系收缩。
2）电离能
元素的基态气体原子失去最外层第一个电子成为+1氧化态的气态阳离子的能量变化称为该元素的第一电离能。电离能是正值，体系吸收能量。电离能是分粒值，非叠加值，如：
Mg(g) - e = Mg＋(g) I 1 = H m 1 = 738 kJ·mol-1
Mg＋(g) - e = Mg2＋(g) I 2 = H m 2 = 1451 kJ·mol-1
周期表中，Cs的第一电离能最小，He的第一电离能最大。
3）电子亲和能
元素的基态气体原子得到1个电子成为 -1氧化态的气体阴离子的能量变化称为该元素的电子亲和能。一般元素的第一电子亲和能E A1 (即H m 1)<0，表示得到一个电子形成负离子时放出能量。电子亲和能最大（-E A1值最大）的元素不是F，而是Cl。
4）电负性
电负性用于度量分子（或离子）晶体中原子（或离子）对成键电子吸引力的相对大小。电负性最大的元素是氟，其非金属性最强。
对这些元素基本性质的周期性变化应给与足够重视。
思考题与习题解答
10.2.1 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：量子力学用四个量子数描述核外电子运动状态。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，描述原子轨道的空间伸展方向；自旋量子数，描述电子的自旋方向。
ψ；（2）电子云和原子轨道；（3）概率和概率
2. 区别下列概念：（1）Ψ与2
密度。
解：（1）Ψ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；
2
ψ反映了电子在核外空间出现的概率密度。
ψ在空间分布的形象化描述叫电子云，而原子轨道与波函数Ψ为同义词。
（2）2
ψ表示原子核外空间某点附近单位体积内电子出现的概率，即称概率密（3）2
ψ·d V。
度，而某一微小体积d V内电子出现的概率为2
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：略。
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：略。
5．判断题：
（1）当原子中电子从高能级跃迁至低能级时，两能级间的能量相差越大，则辐射出的电磁波波长越大。
（2）在多电子原子中，电子的能量只取决于主量子数n。
（3）同一电子层的3个p轨道的能量形状大小都相同，不同的是空间取向。
（4）波函数Ψ是描述微观粒子运动的数学函数式。
（5）电子云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n s 1
的元素是碱金属元素； （2）ⅧB 族元素的价电子层排布为（n –1）d 6
n s 2
；
（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 –
→ O –
(g)、O –
(g) + e –
→ O
2– (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n s 1
的元素除碱金属元素外，还有?B 族（n -1）d 10
n s 1
的铜、银、金，VIB 族（n -1）d 5
n s 1的铬、钼等元素。
（2）不正确。ⅧB 族元素的价电子层排布为 (n –1) d
6–10
n s 0-2 。
（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 –
→ O –
(g) 放热过程，O –
(g) + e –
→ O 2–
(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。具有最大电子亲和能的元素是氯。
8．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 、l 具有一定数值时的一个波函数；
D ．指n 、l 、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（ ）。 A ．2，1，–1，
21 B ． 2，0，0，–2
1
C ．3，1，1，–
21 D ． 3，2，–1，2
1 （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 ．B ＜C ＜Al ＜Si B ．C ＜B ＜Si ＜Al C ．B ＜Al ＜C ＜Si D ．Al ＜B ＜Si ＜C 解：（1）D ；（2）D ；（3）C ；（4）B ；（5）B 。 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 、 、 、 、 及 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 ）1s 2
2s 2
（B ）1s 2
2s 2
2p 5
（C ）1s 2
2s 2
2 p 1
（D ）1s 2
2s 2
2p 6
3s 2
3p 2
（E ）1s 2
2s 2
2p 6
3s 2
3p 3
解：（1）波动性；微粒性
（2）32；E 4s < E 4p < E 4d < E 4f ; 第六周期；La 系；2；铈(Ce) （3）s 区、p 区、d 区、ds 区、f 区 n s 1-2
， n s 2
n p 1-6
，(n – 1 )d 0-10
n s 0-2，(n – 1 )d 10 n s 1-2 ，(n – 2 ) f 0-14 (n
– 1 ) d 0-2
n s 2
（4）8；18；2、8、8、18、18、32；57，71，15。 （5）(D)； (C)； (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）Ti 与Mn ；（4）Cu 与Co ；（5）Zr 与Hf ； （6）La 与Ce ；（7）S 2-
与S ；（8）Na +
与Al 3+
；（9）Fe 2+
与Fe 3+
； （10）Pb 2+
与Sn 2+
。
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 Ti > r Mn ，二者同一周期，但Mn 的核电荷大。
（4）r Cu > r Co ，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，半径大。
（5）r Zr ≈ r Hf ，镧系收缩的结果。
（6）r La = r Ce = 183pm ，相邻的镧系元素，半径收缩极小。 （7）2s -r > r S 同一元素，S 2- 的电子数大于 S 。 （8）Na +r > 3Al +r 同一周期，Al 3+ 核电荷多。 （9）2Fe +r > 3Fe +r 同一元素，Fe 3+ 核电荷多。 （10）2Pb +r > 2Sn +r 同一族，Pb 2+
比Sn 2+
多一电子层。 10.2.2 习 题
1．下列各组量子数哪些是不合理的为什么
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， l 只能是0、1；当l = 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）n = 3, l = 2, m = , m s = +1； （2）n = 4, l = , m = –1, m s = –21； （3）n = , l = 2, m = 1, m s = +1； （4）n = 2, l = 1, m = 0, m s = 。
解：（1）m = 0，±1，±2; （2）l = 1，2，3；（3）n = 3，4, …；（4）m s = ±
2
1
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）1s2 2s1；（2）1s2 2s2 2d1；（3）1s2 2s2 2p4 3s1；
（4） 1s2 2s4 2p2；（5）[Ar] 3d10 4s2 4p4；（6）[Ar] 3d9 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。
5．写出下述原子的电子排布式。
（1）8O （2）18Ar （3）25Mn （4）71Lu
解：（1）[He]2s22p4，（2）[Ne]3s23p6，（3）[Ar]3d5 4s2，（4）[Xe]4f145d16s2
6．以（1）为例，完成下列（2）～（6）题。
（1）Na (Z =11) 1s2 2s2 2p6 3s1
（2）_________ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3
（3）Ca(Z =20) ________
（4） (Z =24) [ ] 3d5 4s1
（5）_________ [ Ar ] 3d10 4s1
（6）Kr(Z =36) [ ] 3d4s4p
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
n s2n s2n p5 (n–1)d2n s2 (n– 1)d10n s2解：（1）s区n s 1-2, p区n s2n p 1-6, d区 ( n-1)d1-10 n s0-2，ds区 ( n-1)d 10 n s1-2
（2）价层电子构型n s2 n s2n p5 (n–1)d2n s2 (n– 1)d10n s2所在区 s p d 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- 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 K+ 1s2 2s2 2p6 3s 23p6
Pb2+[Xe] 4f14 5d10 6s2 Ag+ [Kr]4d10
Mn2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 Co2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d7
N3- [Ne] = [He] 2s2 2p6 Al3+ [Ne] = [He] 2s2 2p6
Ce4+[Xe] = [Kr]4d10 5s2 5p6
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、族和区。
Zn Mn As Rb F
解：
元素电子排布式电子总数周期族区
Zn1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s230四ⅡB ds
Mn1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s225四ⅦB d
As1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p333四ⅤA p
Rb1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p6 5s137五ⅠA s
F1s2 2s2 2p59二ⅦA 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、l = 0 、m = 0、m s =+1/2，试问：
（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）原子序数元素电子分布式周期族区
19 K 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1四 lA s
24 Cr 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s1 四VlB d
29 Cu 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1 四 lB 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；
（3）72，22，40；（4）20，36，23
解：（1）12Mg < 38Sr < 56Ba （110, 112, 134 pm）
（2）15P < 51Sb < 83Bi （105, 146, 154 pm）
（3）22Ti < 40Zr < 72Hf （147, 156, 157 pm）
（4）20Ca< 23V < 36Kr （99, 133, 202 pm）
注：Kr为范氏半径，其余均为共价半径。
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）29号；（2）38号。同周期元素中，碱金属的第一电离能和电负性均最小。
13．试填出下表空白。
原子序数价层电子排布式元素符号周期族区最高氧化数
3s2
2VA
Zr
5s2 5p5
30
解：
原子序数价层电子排布式元素符号周期族区最高氧化数123s2Mg3IIA s+2
72s2 2p3N2VA p+5
404d25s2Zr5IVB d+4
535s2 5p5I5VIIA p+7
303d104s2Zn4IIB ds+2
14．已知元素的原子序数，试填出下表空白
原子序数元素符号价层电子排布式各层电子数周期族区金属还是非金属11
21
53
60
80
解：
原子序数价层电子排布式各层电子数周期族区金属还是非金属11 Na3s12，8，1三I A s金属
21 Sc3d14s22，8，9，2四IIIB d金属
53 I5s25p52，8，18，18，7，五ⅦA p非金属
60 Nd4f4 6s22，8，18，22，8，2六IIIB f金属
80 Hg5d106s22，8，18，32，18，2六ⅡB ds金属
15．指出第四周期中具有下列性质的元素。
（1）非金属性最强的元素；（2）金属性最强的元素；
（3）具有最高电离能的元素；（4）具有最高电子亲和能的元素；
（5）原子范德华半径最大的元素；（6）化学性质最不活泼的元素。
解: （1）Br；（2）K；（3）Kr；（4）Br；（5）K；（6）Kr
16．已知某元素原子序数为34，则
（1）其电子总数为多少（2）有几个电子层每层电子数为多少
（3）价电子总数为多少（4）属第几周期，哪个族和哪个区
（5）最高正氧化态为多少（6）此元素属金属还是非金属写出元素符号。
解：（1）电子总数为34个；（2）有四个电子层，每层电子数为2，8，18，6；
（3）价电子总数为6；（4）属第四周期，第ⅥA族，p区.
（5）最高正氧化态为+6；（6）属非金属（[Ar] 3d10 4s2 4p4），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：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2 4s2（Ti） B：1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2 4p3（As）
（2）A：四周期、d区、ⅣB族 B：四周期、p区、ⅤA族
18．铬（Ⅳ）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： 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1
, 不成对电子数：6 Cr 4+
离子：1s 2
2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 2
, 不成对电子数：2。
19．A ，B ，C ，D 四种元素。其中A 属第五周期ⅡA 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。
解：A ：Sr ，B ：Mn ，C ：Br ，D ：O 。电负性由大到小的顺序：D ＞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；l = 2的轨道为3d ，半充满为3d 5
，则该元素的原子失去3个电子后的电子排布为1s 2
2s 2 2p
6
3s 2
3p 6
3d 5
；该元素的原子在失去3个电子前的电子排布应为1s 2
2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2
； 所以，该元素为Fe ，原子序数为26。
综合提高与考研真题
10.3.1选择题
1．氢原子中3s 、3p 、3d 、4s 轨道能量高低的情况为（ ）。（2005年某校普通化学考研真题）
A ．3s< 3p< 3d< 4s
B ．3s< 3p< 4s < 3d
C ．3s = 3p = 3d = 4s
D ．3s = 3p = 3d< 4s 2．下列哪个轨道上的电子在xy 平面上出现的概率密度为0（ ）。 A ．3p z B ．22x y 3d C ．3s D ．2z 3d
3．下列原子或离子半径最小的是（ ）。
A ．Li
B ．Be 2+
C ．K +
D ．Mg 2+
4．下列各组原子或离子半径变化顺序不正确的是（ ）。（2005年某校无机化学考研真题）
A ．P 3-＞ S 2-
＞ Cl - ＞ F - B ．Co ＞ Ni ＞ Cu ＞ Zn C ．K +
＞ Ca 2+
＞ Fe 2+
＞ Ni 2+
D ．V ＞ V 2+
＞ V 3+
＞ V
4+
5．第一电离能顺序正确的是（ ）。
A ．Be ＜
B ＜
C B ．C ＜ N ＜ O
C ．O ＜ N ＜ F
D ．F ＜ O ＜ N
6．元素的第一电子亲和能（指放出的能量）大小，顺序正确的是（ ）。 A ．C ＜ N ＜ O ＜ F B ．C ＞ N ＞ O ＞ F C ．C ＞ N ＜ O ＜ F D ．C ＞ N ＜ O ＞ F
7．元素Be 、B 、Mg 、Al ，电负性的大小顺序为（ ）。 A ．B ＞ Be
＞ Al ＞ Mg B ．B ＞ Al ＞ Be ＞ Mg C ．B ＞ Be ≈ Al ＞ Mg D ．B ＜ Al ＜ Be ＜ Mg
8．下列原子和离子中，原子轨道能量与角量子数无关的是（ ）。（2005年某校无机化学考研真题）
A ．He
B ．Be 3+
C ．Li
D ．Li +
9．原子半径最接近下列那个数据（ ）（2005年某校无机化学考研真题） A ．1μm B ．1fm C ．1pm D ．1nm
10．价电子构型为4f 7
5d 1
6s 2的元素在周期表中属于（ ）。（2004年某校无机化学考研真题）
A ．第四周期Ⅶ
B 族 B ．第五周期ⅢB 族
C ．第六周期ⅦB 族
D ．镧系元素 11．下列基态原子的电子构型中，正确的是（ ）。（2004年某校无机化学考研真题）
A ．3d 9
4s 2
B ．3d 4
4s 2
C ．4d 10
5s 0
D ．4d 8
5s 2
12．镧系收缩的后果之一是使下列一对元素性质相似的是（ ）。（同上） A ．Mn 和Tc B ．Ru 和Rh C ．Nd 和Ta D ．Zr 和Hf 13．下列元素中，电子排布式不正确的是（ ）。（2011年某校综合化学无机化学部分考研真题）
A ．Cd 4d 10
5s 2
B ．Pb 6s 2
6p 2
C ．Mo 4d 4
5s 2
D ．Te 5s 2
6p 4
14．下列元素第一电离能大小顺序正确的是（ ）。（2010年某校综合化学无机化学部分考研真题）
A ．Na ＜Mg ＜Al
B ．Si ＜ P ＜As
C ．He ＜ Ne ＜Ar
D ．B ＜C ＜N
10.3.2 填空与问答题
1．令氢原子的波函数为Ψ，则2
ψ表示 （1） ，2
ψdV 表示
（2） 。
基态时氢原子的玻尔半径为（3） pm, 它表示氢原子的1s电子在其附近的（4）中出现的（5）最大。这是因为在距核更近时，（6）虽大，（7）却较小，因而（8）较小；距核较远时（9）虽较大，（10）却很小，因而（11）也较小之故。单电子原子或离子各轨道的能量只与（12）有关。
2．满足下列条件的是哪个元素写出元素符号及名称。（2006年某校无机化学考研真题）
（1）最外层是n = 4，l = 0的轨道上有2个电子，在n = 3，l = 2的轨道上有5个电子。
（2）某元素 + 3价离子和氩原子的电子构型相同。
（3）某元素 + 3价离子3d轨道半满。
3．54号元素Xe的核外电子排布为，58号元素Ce的核外价层电子排布为，Ce3+ 的核外价层电子排布为。（2006年某校综合化学考研真题）4．某元素的最高氧化数为+5，原子的最外层电子数为2，原子半径是同族中最小的。
（1）原子的核外电子排布式（用原子实排）为，价电子构型为______，该元素属______区，为。
（2）+3氧化态离子的外层电子排布式为______，该离子外壳属______电子构型。（2005年某校无机化学考研真题）
5．钠灯发射波长为588nm的特征黄光，这种光的频率是 s-1，每摩尔光子的能量是 kJ?mol-1。汞原子的一个电子跃迁时能量的变化为274 kJ?mol-1，与此跃迁相应的光波波长是 nm。（已知h= × 10-34 J·s）6．He+中3s和3p轨道的能量相等，而Ar 中3s和3p轨道能量不相等，试解释之。
7. 基态原子的电子排布遵守三条规律，若将电子排布式写为1s22s22p x22 p y1则违背了其中的。（2011年某校化学综合考研真题）。
．参考答案与解析
10.4.1 选择题
1．解：D 。（提示：氢原子和类氢离子的核外只有一个电子，核外电子仅受原子核的作用，轨道能量只与主量函数有关，n 越大，能量越大。）
2．解：A 。（提示：电子云概率密度为0的面叫节面，p z 轨道的节面是xy 平面。） 3．解：B 。
4．解：B 。（提示：过渡元素的原子半径一般按周期表由左至右逐渐变小，但Cu 、Zn 达3d
10
全充满后对4s 电子的屏蔽作用明显增大，导致原子半径增大，顺序为：Co ≈ Ni < Zn < Cu ）
5．解：C 。（提示：Be B C N O F 为同一周期，I 1似应顺序增大，但Be 为全充满，N 处于半充满，I 1略高，综合考虑，C 正确。）
6．解：C 。（提示：按第一电子亲和能的定义，F(g) + e = F -(g) E A1 = kJ ·mol -1
，同周期由左向右第一电子亲和能一般顺序增大（绝对值），但N 为半充满很难得到一个电子，数据不易测出。故选C 。周期表中，第一电子亲和能最大（指放出的能量最多）的元素是Cl ，而不是F 。）
7．解：C 。（提示：电负性用于度量分子（或离子晶体）中原子（或离子）对成键电子吸引力的相对大小。对主族元素，上→下电负性减小，左→右电负性增大，Be 与Al 处于对角线位置，故选C 。）
8．解：B 。（提示：只有Be 3+
为单电子离子）
9．解：D 。 10．解：D 。 11．解：C 。 12．解：D 。 13．解：C 。（提示：4d 5
5s 1） 14．解：D 。
10.4.2 填空与问答题
1．解：（1）概率密度；（2）概率；（3）53（或）；（4）球壳；（5）概率；（6）概率密度；（7）球壳总体积；（8）概率；（9）球壳总体积；（10）概率密度；（11）概率；（12）主量子数n 。
2．解：（1）Mn 锰；（2）Sc 鈧；（3）Fe 铁
3．解：Xe ：1s 2
2s 2
2p 6
3s 2
3p 6
3d 10
4s 2
4p 6
4d 10
5s 2
5p 6
；Ce ： [Xe]4f 1
5d 1
6s 2
； Ce 3+
：[Xe]4f 1
（提示：Ce 是镧系元素，形成 +3离子时，是外层的6s 电子和5d 电子电离掉。）
4．解：（1）[Ar] 3d 3
4s 2
，3d 3
4s 2
，d ，V ；（2）3s 2
3p 6
3d 2
，9-17
5．解：×1014
， 203， 436 （提示：9
81413.0010m/s 5.1010(s )58810m
c λν--?===?? 一个光子的能量是E = h ν = × 10
-34
(J ·s )× × 1014 (s -1) = × 10-19
(J)
每摩尔光子的能量是E = h ν = ×1023
(mol -1
)××10
-19
(J) = 203(kJ ?mol -1
)
由hc
E λ=，得3489
323
6.62610 3.001010436(nm)27410/6.0210hc E λ-????===??
6．解：He+中只有一个电子，没有电子之间的相互作用，轨道的能量由主量子数n决定。
Ar 中各轨道电子除了受核吸引外，还存在电子间的相互排斥作用，轨道能量不仅和主量子n数有关，还与角量子数l有关。故3s与3p轨道的能量不同。
7. 解：洪德规则。
蒸馏练习 下册 第一章蒸馏 概念 1、精馏原理 2、简捷法 3、漏液 4、板式塔与填料塔 公式 全塔物料衡算【例1－4】、 精馏段、提馏段操作线方程、 q 线方程、 相平衡方程、 逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程） 进料热状况对汽液相流量的影响 2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D 和W ，则精馏段液气比总是小于1，提馏段液气比总是大于1，这种说法是否正确？全回流时，该说法是否成立？为什么？ 正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即 1==''V L V L 4.简述有哪几种特殊精馏方法？它们的作用是什么？ 1.恒沸精馏和萃取精馏。对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显著改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。 5．恒沸精馏原理 6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的操作区在哪个区域是适宜操作区。（5分） 1.漏液线（气体流量下限线）（1分） 2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分） 3.液相流量下限线（1分） 4.液相流量上限线（1分） 5.液泛线（1分） 最适宜的区域为五条线相交的区域内。 7．进料热状况参数
8、平衡蒸馏原理 9、液泛的定义及其预防措施 10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。 11、什么是理想物系？ 四 计算题 1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（α=2.5）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），进料混合物中苯占0.60，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后作为产品，试求：塔顶塔底产品分别为进料量的多少倍？（2）塔顶第一理论板上升的蒸汽组成为多少？ 2、某连续精馏塔的操作线方程分别为：精馏段：263.0723.01+=+n n x y 提馏段：0187.025.11-=+n n x y 设进料为泡点液体，试求上述条件下的回流比，以及馏出液、釜液和进料的组成。 3、在连续精馏塔中分离苯和甲苯二元混合溶液，原料液流量为5000kg/h ，组成为含苯0.3（质量分率，下同），塔顶馏出液中苯的回收率为88%，要求塔釜含苯不高于0.05，求馏出液及釜残液的摩尔流量及摩尔组成。(苯的相对分子量为78 ，甲苯92) 解：336.0927.0783.0783 .0=+= F x 0584.092 95 .07805.07805.0=+= w x 3 .87)336.01(92336.078=-?+?=+=FB B FA A F x M x M M h kmol F /3.573 .875000 == （5分） 3.57==+F W D （1）
化工原理学习指导 第6章 蒸馏 计算题答案 6-31 某二元混合物蒸汽，其中轻、重组分的摩尔分数分别为0.75和0.25，在总压为300kPa 条件下被冷凝至40℃，所得的汽、液两相达到平衡。求其汽相摩尔数和液相摩尔数之比。已知轻、重组分在40℃时的蒸汽压分别为370kPa 和120kPa 。 解：两相中，720.0120 370120 3000B 0A 0 B =--=--= p p p p x 888.0300 720.03700 A A =?===x p p p p y 设汽相摩尔量为V ，液相摩尔量为L ，总量为F ，则 L V F += Lx Vy Fx F += 由以上两式可得： 217.075 .0888.072 .075.0F F =--=--=x y x x L V 事实上，汽液平衡体系中，两相的摩尔量比值服从杆杠定律。 6-32 苯和甲苯组成的理想溶液送入精馏塔中进行分离，进料状态为汽液共存，其两相组成分别如下：5077.0F =x ，7201.0F =y 。用于计算苯和甲苯的蒸汽压方程如下： 8 .2201211 031.6lg 0A +- =t p 5 .2191345 080.6lg 0B +- =t p 其中压强的单位为Pa ，温度的单位为℃。试求：（1）该进料中两组份的相对挥发度为多少？（2）进料的压强和温度各是多少？（提示：设进料温度为92℃） 解：（1）混合物中两组分的相对挥发度：49.25077 .015077 .07201.017201.011F F F F =--=--=x x y y α （2）设进料温度为92℃，则 16.28 .220921211 031.6lg 0 A =+-=p kPa 38.1440A =p 762.15 .219921345 080.6lg 0B =+- =p kPa 83.570B =p 由此求得体系的相对挥发度为：496.283 .5738 .144'0B 0A == =p p α 其值与（1）中所求相对挥发度足够接近，故可认为进料温度为92℃。 体系总压为：()()kPa 77.1015077.0183.575077.038.1441F 0 B F 0A =-?+?=-+=x p x p p 6-33 一连续精馏塔分离二元理想混合溶液，已知某层塔板上的气、液相组成分别为0.83和0.70，与之相邻的上层塔板的液相组成为0.77，而与之相邻的下层塔板的气相组成为0.78
单项选择题 (每题2分,共50题) 成绩查询 第九章 蒸馏 1. 蒸馏是利用各组分______不同的特性实现分离的目的。 A ：溶解度 B ：等规度 C ：挥发度 D ：调和度 2. 在二元混合液中，沸点低的组分称为______组分。 A ：可挥发 B ：不挥发 C ：难挥发 D ：易挥发 3. 某真空操作精馏塔，因故真空度减小，而F ，D ，xf ，q ，加料位置，回流比R 都不变。则塔底残液xw______。 A ：变小 B ：变大 C ：不变 D ：不确定 4. 某二元混合物，其中A 为易挥发组分，液相组成xA=0.6相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成yA=0.7，相应的露点为t2，则：____。 A ：t1 ＝t2 B ：t1＜ t2 C ：t1＞ t2 D ：不能判断 5. 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成xA=0.4，相应的泡点为t1；汽相组成yA=0.4相应的露点为t2。则： ____ A ：t1 ＝t2 B ：t1 ＜t2 C ：t1＞ t2 D ：不能判断 6. 原料的数量和浓度相同，用简单蒸馏得汽相总组成为xD1，用平衡蒸馏得汽相总组成为xD2。若两种蒸馏方法所得的汽相量相同，则： ____ A ：xD1 ＞xD2 B ：xD1 ＝xD2 C ：xD1＜xD2 D ：不能判断 7. 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是______________。 A ：液相中易挥发组分进入汽相； B ：汽相中难挥发组分进入液相； C ：液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D ：液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相的现象同时发生。 8. 精馏理论中，“理论板”概念提出的充分而必要的前提是_____。 A ：塔板无泄漏 B ：板效率为 100% C ：离开塔板的气液达到平衡 D ：板上传持推动力最大 9. 下列哪几条是指导精馏塔操作线方程的前提？ 甲：恒摩尔流； 乙：平衡精馏； 丙：板式塔； 丁： 过程稳定（定常）。 A ：甲、乙 B ：甲、丁 C ：丙、丁 D ：乙、丙 10. 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为_____。
化工原理蒸馏试题Newly compiled on November 23, 2020
蒸馏 一.填空题 1.蒸馏是分离____________的一种方法，蒸馏分离的依据是 _______________________________。 2.气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_______，但气相组成________液相组成。 3.气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。 4.在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 5.两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 6.所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 7.某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知x n=， 则y n-1=_________________。 8.某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=+，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。 10.在总压为温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为== kPa，则平衡时苯的液相组成为 =_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 11.精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q值最大，进料温度____泡点。 12.在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为，，，.则=_________， =________，=_________，=_______. 13.对于不同的进料热状态，，与的进料关系为 （1）冷液进料，_________，___________ （2）饱和液体进料，_________，__________ （3）气液混合物进料，_________，___________ （4）饱和蒸汽进料，_________，__________ （5）过热蒸汽进料,_________，___________ 14.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：回流比等于_________，馏出液量等于____________，操作线方程为_______________。 15.板塔式的流体力学性能包括________，_________，________，_________， ________，_________。 16.塔板负荷性能图由________，________，________，_________，__________五条线组成，五条线围成的区域为_________，操作点应在_________。 17.加大板间距，则液泛线_________；减少塔板开孔率，则漏液线_________；增加降业管面积，则液相负荷上限线__________。 18.塔板的操作弹性是指___________________________________________________。 二选择题 1.精馏操作时，增大回流比，其他操作条件不改变，则精馏段液气比L/V（），馏出液组成（），釜残液组成（）。
蒸馏 一. 填空题 1.蒸馏是分离 __均相混合物的一种方法，蒸馏分离的依据是______挥发度差异_____。 2. 气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_相同______，但气相组成____大于____液相组成。 3. 气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。3.大于 4. 在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度_________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 4. 下降 升高 升高 不利 5. 两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 5.易挥发组分 难挥发组分 不能用蒸馏方法分离 6. 所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 6.互呈平衡 液相组成均匀一致 7. 某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n ，n-1两层理论板，在全回流条件下，已知x n =0.3，则y n-1 =_________________。 7. 0.794 8. 某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75x +0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 8. R=3 96.0=D x 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和_________________。 9.塔顶易挥发组分含量高 塔底压力高于塔顶 10. 在总压为103.3kPa 温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为0A p =155.7kPa 0B p =63.3 kPa ，则平衡时苯的液相组成为x =_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 10. 411.0=x 632.0=y α=2.46 11. 精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q 值最大，进料温度F t ____泡点b t 。11. 五种 冷液体 小于 12. 在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为0.62，0.70，0.75，0.82.则n y =_________，n x =________，1+n y =_________，1+n x =_______. 12. 82.0=n y 70.0=n x 75.01=+n y 62.01=+n x 13. 对于不同的进料热状态， q x ，q y 与F x 的进料关系为 （1）冷液进料，q x _________F x ， q y ___________F x （2）饱和液体进料，q x _________F x ， q y __________F x （3）气液混合物进料， q x _________F x ， q y ___________F x （4）饱和蒸汽进料，q x _________F x ， q y __________F x （5）过热蒸汽进料, q x _________F x ， q y ___________F x 13. （1）＞ ＞ （2）= ＞ （3）＜ ＞ （4）＜ = （5）＜ ＜
第九章 蒸馏 1．在密闭容器中将A 、B 两组分的理想溶液升温至82 ℃，在该温度下，两组分的饱和蒸气压分别为*A p =107.6 kPa 及* B p ＝41.85 kPa ，取样测得液面上方气相中组分A 的摩尔分数为0.95。试求平衡的液相组成及容器中液面上方总压。 解：本题可用露点及泡点方程求解。 ()()()()95.085.416.10785.416.107总总* B *A 总*B 总*A A 总* A A =-=--==p p p p p p p p x p p y － 解得 76.99＝总p kPa 8808.085 .416.10785 .4176.99*B *A * B =--= --=p p p p x 总 本题也可通过相对挥发度求解 571.285 .416.107*B *A ===p p α 由气液平衡方程得 ()() 8808.095.01571.295.095 .01=-+=-+=y y y x α ()()[]kPa 76.99kPa 8808.0185.418808.06.1071A * B A *A =-+?=-+x p x p p ＝总 2．试分别计算含苯0.4（摩尔分数）的苯—甲苯混合液在总压100 kPa 和10 kPa 的相 对挥发度和平衡的气相组成。苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压和温度的关系为 24.22035.1206032.6lg *A +- =t p 58 .21994.1343078.6lg *B +- =t p 式中p ﹡的单位为kPa ，t 的单位为℃。苯—甲苯混合液可视为理想溶液。（作为试差起 点，100 kPa 和10 kPa 对应的泡点分别取94.6 ℃和31.5 ℃） 解：本题需试差计算 （1）总压p 总＝100 kPa 初设泡点为94.6℃，则 191.224 .2206.9435.1206032.6lg * A =+- =p 得 37.155* A =p kPa 同理 80.158 .2196.9494.1343078.6lg *B =+- =p 15.63* B =p kPa 4.03996.015 .6337.15515 .63100A ≈=--= x 或 ()kPa 04.100kPa 15.636.037.1554.0=?+?＝总p 则 46.215 .6337.155* B * A ===p p α
蒸馏练习 下册 第一章蒸馏 概念 1、精馏原理 2、简捷法 3、漏液 4、板式塔与填料塔 公式 全塔物料衡算【例1－4】、 精馏段、提馏段操作线方程、 q 线方程、 相平衡方程、 逐板计算法求理论板层数和进料版位置（完整手算过程） 进料热状况对汽液相流量的影响 2．连续精馏塔的塔顶和塔底产品摩尔流量分别为D 和W ，则精馏段液气比总是小于1，提 馏段液气比总是大于1，这种说法是否正确？全回流时，该说法是否成立？为什么？ 正确；全回流时该说法不正确；因为，D=W=0，此时是液汽比的极限值，即 1==''V L V L 4.简述有哪几种特殊精馏方法？它们的作用是什么？
1.恒沸精馏和萃取精馏。对于形成恒沸物的体系，可通过加入第三组分作为挟带剂，形成新的恒沸体系，使原溶液易于分离。对于相对挥发度很小的物系，可加入第三组分作为萃取剂，以显著改变原有组分的相对挥发度，使其易于分离。 5．恒沸精馏原理 6．试画出板式塔负荷性能图，并标明各条极限负荷曲线表示的物理意义，指出塔板适宜的操作区在哪个区域是适宜操作区。（5分） 1.漏液线（气体流量下限线）（1分） 2.雾沫夹带线（气体流量上限线）（1分） 3.液相流量下限线（1分） 4.液相流量上限线（1分） 5.液泛线（1分） 最适宜的区域为五条线相交的区域内。7．进料热状况参数 8、平衡蒸馏原理 9、液泛的定义及其预防措施 10、简述简捷法求解理论板层数的主要步骤。 11、什么是理想物系？ 四计算题 1、用一精馏塔分离苯-甲苯溶液（ =2.5）,进料为气液混合物，气相占50%（摩尔分率,下同），进料混合物中苯占0.60，现要求塔顶、塔底产品组成分别为0.95和0.05,回流比取最小回流比的1.5倍,塔顶分凝器所得冷凝液全部回流，未冷凝的蒸汽经过冷凝冷却器后
一．选择题 1．蒸馏是利用各组分（）不同的特性实现分离的目的。C A 溶解度； B 等规度； C 挥发度； D 调和度。 2．在二元混合液中，沸点低的组分称为（）组分。C A 可挥发； B 不挥发； C 易挥发； D 难挥发。 3．（）是保证精馏过程连续稳定操作的必不可少的条件之一。A A 液相回流； B 进料； C 侧线抽出； D 产品提纯。 4．在（）中溶液部分气化而产生上升蒸气，是精馏得以连续稳定操作的一个必不可少条件。C A 冷凝器； B 蒸发器； C 再沸器； D 换热器。 5．再沸器的作用是提供一定量的（）流。D A 上升物料； B 上升组分； C 上升产品； D 上升蒸气。 6．冷凝器的作用是提供（）产品及保证有适宜的液相回流。B A 塔顶气相； B 塔顶液相； C 塔底气相； D 塔底液相。 7．冷凝器的作用是提供塔顶液相产品及保证有适宜的（）回流。B A 气相； B 液相； C 固相； D 混合相。 8．在精馏塔中，原料液进入的那层板称为（）。C
A 浮阀板； B 喷射板； C 加料板； D 分离板。 9．在精馏塔中，加料板以下的塔段（包括加料板）称为（ ）。 B A 精馏段； B 提馏段； C 进料段； D 混合段。 10．某二元混合物，进料量为100 kmol/h ，x F = ，要求塔顶x D 不小于， 则塔顶最大产量为（ ）。 (则W=0) B A 60 kmol/h ； B kmol/h ； C 90 kmol/h ； D 100 kmol/h 。 11．精馏分离某二元混合物，规定分离要求为D x 、w x 。如进料分别为1F x 、 2F x 时，其相应的最小回流比分别为1min R 、2min R 。当21F F x x >时，则 （ ）。 A A ．2min 1min R R <； B ．2min 1min R R =； C ．2min 1min R R >； D ．min R 的大小无法确定 12． 精馏的操作线为直线，主要是因为（ ）。 D A ． 理论板假定； C. 理想物系； B ． 塔顶泡点回流； D. 恒摩尔流假定 13． 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时相应的 泡点为1t ，气相组成3.0=A y 时相应的露点为2t ， 则（ ） D A ．21t t =； B ．21t t <； C ．21t t >； D ．无法判断 14． 某二元混合物，其中A 为易挥发组分。液相组成5.0=A x 时泡点为1t ， 与之相平衡的气相组成75.0=A y 时，相应的露点为2t ，则 （ ）。 A
化工原理蒸馏部分模拟 试题及答案 TTA standardization office【TTA 5AB- TTAK 08- TTA 2C】
化工原理蒸馏部分模拟试题及答案 一、填空 1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现 先降后升的变化过程。 2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最少。 4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。 5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=，要求得到塔顶x D不小于，则塔顶最大产量为 kmol/h 。 6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、雾沫夹带线、漏液线和液泛线。 二、选择 1 已知q=，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。 A :1 B 1: C 1:1 D :1 2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成y A=，相应的露点为t2，则A A t1=t2 B t1
化工原理蒸馏部分模拟试题及答案 一、填空 1精馏过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馏设计中，回流比越大，所需理论板越少，操作能耗增加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。 2精馏设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馏釜中所需加热蒸汽消耗量增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径增大（增大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中, 冷液体进料的q值最大，提馏段操作线与平衡线之间的距离最远 , 分离所需的总理论板数最 少。 4相对挥发度α=1，表示不能用普通精馏分离分离，但能用萃取精馏或恒沸精馏分离。5某二元混合物，进料量为100kmol/h，x F=0.6，要求得到塔顶x D不小于0.9，则塔顶最大产量为 66.7 kmol/h 。 6精馏操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馏操作的必要条件包括塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线，分别是液相上限线、液相上限线、雾沫夹带线、漏液线和液泛线。 二、选择 1 已知q=1.1，则加料中液体量与总加料量之比为 C 。 A 1.1:1 B 1:1.1 C 1:1 D 0.1:1 2 精馏中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3 某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成x A=0.6，相应的泡点为t1，与之相平衡的汽相组成y A=0.7，相应的露点为t2，则???A??? A t1=t2 B t1
习题 相平衡 1．已知甲醇和丙醇在80℃时的饱和蒸汽压分别为181.13kPa 和50.92kPa ，且该溶液为理想 溶液。试求： （1）80℃时甲醇与丙醇的相对挥发度； （2）若在80℃下汽液两相平衡时的液相组成为0.6，试求汽相组成； （3）此时的总压。 解：（1）甲醇与丙醇在80℃时的相对挥发度 557.392.5013.181===o B o A p p α （2）当x=0.6时 ()842.06 .0)1557.3(16.0557.311=?-+?=-+=x x y αα （3）总压 kPa y x p p o A 07.129842 .06 .013.181=?= = 2．已知二元理想溶液上方易挥发组分A 的气相组成为0.45（摩尔分率），在平衡温度下，A 、B 组分的饱和蒸汽压分别为145kPa 和125kPa 。求平衡时A 、B 组分的液相组成及总压。 解：对二元理想溶液的气液平衡关系可采用拉乌尔定律及道尔顿分压定律求解。 已知理想溶液 ,45.0y =A 则0.5545.0-1y 1y A B ==-= 根据拉乌尔定律 A o A A x p p = ，B o B B x p p = 道尔顿分压定律 A A p p y = ，B B p p y = 则有 o A A p p x A y = ,o p p x B B B y = 因为 1x x B =+A 所以 1p y p y 0B B A =??? ? ??+o A p 即 11250.55145 0.45=?? ? ??+p 可解得 p =133.3 kPa 则液相组成 414.014545.03.133y A =?== o A A p p x
谭天恩版化工原理第十章蒸馏复习题 一．填空题 1.蒸馏是分离的一种方法，其分离依据是混合物中各组 分的，分离的条件是。 答案:均，挥发性差异，造成气液两相系统（每空1分，共3分） 2.在t-x-y图中的气液共存区内，气液两相温度，但气相组成液 相组成，而两相的量可根据来确定。 答案: 相等，大于，杠相液体混合物杆规则（每空1分，共3分） 3.当气液两相组成相同时，则气相露点温度液相泡点温度。 答案:大于（每空1分） 4.双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对的挥发度之 比，若α=1表示。物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。 答案:易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法分离远离（每空1分，共4分） 5.工业生产中在精馏塔内将过程和过程有机结合 起来而实现操作的。而是精馏与普通精馏的本质区别。 答案:多次部分气化，多次部分冷凝，回流（每空1分，共3分） 6.精馏塔的作用是。 答案:提供气液接触进行传热和传质的场所。（2分） 7.在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的 塔段（包括加料板）称为________，其作用是。 答案:精馏段（1分）提浓上升蒸汽中易挥发组分（2分）提馏段提浓下降液体中难挥发组分（2分）（共6分） 8.离开理论板时，气液两相达到状态，即两相相等，____互成平衡。 答案: 平衡温度组成（每空1分，共3分） 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因有（1）和 （2）。 答案: 塔顶易挥发组分含量高塔底压力高于塔顶（每空2分，共4分）
10. 精馏过程回流比R 的定义式为 ；对于一定的分离任务来说，当R= 时，所需理论板数为最少，此种操作称为 ；而R= 时，所需理论板数为∞。 答案:R= D L ∞ 全回流 R min （每空1分，共4分） 11. 精馏塔有 进料热状况，其中以 进料q 值最大，进料温度____泡点温度。 答案: 五种 冷液体 小于（每空1分，共3分） 12. 某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则回流比等于____，馏出液流 量等于 ，操作线方程为 。 答案: ∞ 零 y n+1=x n （每空1分，共3分） 13. 在操作的精馏塔中，第一板及第二板气液两相组成分别为y 1,x 1及y 2,x 2；则它们的大小 顺序为 最大， 第二， 第三，而 最小。 答案: y 1 y 2 x 1 x 2 (每空1分，共4分） 14. 对于不同的进料热状况，x q 、y q 与x F 的关系为 （1）冷液进料：x q x F ，y q x F ； （2）饱和液体进料：x q x F ，y q x F ； （3）气液混合物进料：x q x F ，y q x F f ； （4）饱和蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； （5）过热蒸汽进料：x q x F ，y q x F ； 答案:大于 大于（1分）等于 大于（1分）小于 大于（1分）小于 等于（1分）小于 小于（1分）（共5分） 15. 精馏操作时，增大回流比R ，其他操作条件不变，则精馏段液气比 V L （ ），馏出液组成x D ( ),釜残液组成x W ( ). A 增加 B 不变 C 不确定 D 减小 答案: A A D 二. 选择题（每空1分，共3分） 1.精馏塔的设计中，若进料热状况由原来的饱和蒸气进料改为饱和液体进料，其他条件维持不变，则所需的理论塔板数N T （ ），提馏段下降液体流量L /（ ）。 A 减小 B 不变 C 增加 D 不确定 答案: A C （每空1分，共2分） 2. 对于饱和蒸汽进料，则有L '（ ）L ，V '（ ）V 。 A 等于 B 小于 C 大于 D 不确定
第六章蒸馏 蒸馏定义： 蒸馏分类： 易挥发组分 难挥发组分 有回流蒸馏（精馏） 无回流蒸馏：简单蒸馏（间歇操作） 平衡蒸馏（连续操作） 特殊蒸馏：萃取蒸馏、恒沸蒸馏 按操作压力可分为加压、常压和减压蒸馏 两组分精馏和多组分精馏 第一节双组分溶液的气液相平衡 一、溶液的蒸汽压与拉乌尔定律 纯组分的蒸汽压与温度的关系： 拉乌尔定律：在一定温度下，理想溶液上方气相中任意组分的分压等于纯组分在该温度下的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分数的乘积。 p =p A0x A A （6-2） p =p B0x B=p B0(1－ B x ) （6-3） A 式中p A、p B——溶液上方A，B组分的平衡分压，Pa； p0——在溶液温度下纯组成的饱和蒸汽压，随温度而变，其值可用安托尼(Antoine)公式计算或由相关手册查得，Pa； x 、x B——溶液中A，B组分的摩尔分数。 A
二、理想溶液气液平衡 （一）t-y-x图 1．沸点－组成图（t－ x－ y图） （1）结构以常压下苯-甲苯混合液t－ x－ y图为例，纵坐标为温度t，横坐标为液相组成x A和汽相组成y A（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为汽相线。两条曲线将整个t－ x－ y图分成三个区域，液相线以下称为液相区。汽相线以上代表过热蒸汽区。被两曲线包围的部分为汽液共存区。 t－ x－ y图数据通常由实验测得。对于理想溶液，可用露点、泡点方程计算。 （2）应用在恒定总压下，组成为x，温度为t 1 （图中的点A）的混合液升温 至t 2 (点J)时，溶液开始沸腾，产生第一个汽泡，相应的温度t2称为泡点，产生的第 一个气泡组成为y 1(点C)。同样，组成为y、温度为t 4 （点B）的过热蒸汽冷却至温 度t 3 （点H）时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3称为露点，凝结 出第一个液滴的组成为x 1 (点Q)。F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。 图苯－甲苯物系的t－ x－ y图图苯－甲苯物系的y－ x图应用t－ x－ y图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。当某混合物系的总组成与温度位于点K时，则此物系被分成互成平衡的汽液两相，其液相和汽相组成分别用L、G两点表示。两相的量由杠杆规则确定。 操作中，根据塔顶、塔底温度，确定产品的组成，判定是否合乎质量要求；反
化工原理蒸憎部分模拟试题及答案 一、填空 1精馆过程是利用部分冷凝和部分汽化的原理而进行的。精馆设计中，回流比越大,所需理论板越少，操作能耗増加，随着回流比的逐渐增大，操作费和设备费的总和将呈现先降后升的变化过程。 2精馆设计中，当回流比增大时所需理论板数减小（增大、减小），同时蒸馆釜中所需加热 煞汽消耗?!增大（增大、减小），塔顶冷凝器中冷却介质消耗量减小（增大、减小），所需塔径増大（増大、减小）。 3分离任务要求一定，当回流比一定时，在5种进料状况中，冷液体进料的a值最大，提馆段操作线与平衡线之间的距离最远 ,分离所需的总理论板数_t ± ____ O 4相对挥发度a =1,表示不能用普通精憎分离分离，但能用萃取精憎或恒沸精锚分离。 5某二元混合物，进料量为100kmol/h, XF=0.6,要求得到塔顶XD不小于0. 9,则塔顶最大产量为 66.7kmol/h 。 6精馆操作的依据是混合液中各组分的挥发度差异，实现精馆操作的必要条件包括 塔顶液相回流和塔底上升蒸气。 7负荷性能图有五条线,分别是液相上限线、液相上限线、_i 沫夹带线、漏液线和液泛线 二、选择 1已知q=l. 1,则加料中液体量与总加料量之比为_。 A 1. 1： 1 B 1:1. 1 C 1:1 D 0. 1:1 2精馆中引入回流，下降的液相与上升的汽相发生传质使上升的汽相易挥发组分浓度提高，最恰当的说法是 D 。 A 液相中易挥发组分进入汽相； B 汽相中难挥发组分进入液相； C 液相中易挥发组分和难挥发组分同时进入汽相，但其中易挥发组分较多； D 液相中易挥发组分进入汽相和汽相中难挥发组分进入液相必定同时发生。 3某二元混合物，其中A为易挥发组分，液相组成XL0.6,相应的泡点为与之相平衡的汽相组成y.?=0.7,相应的靈点为t2,则_A_ A ti=t2 B tXta C ti〉t2 D 不确定 4某二元混合物，进料量为100kmol/h, x,.-0. 6,要求得到塔顶血不小于0. 9,则塔顶最大产量为—B—° A 60kmol/h B 66.7kmol/h C 90kmol/h D 不能定 5精馆操作时，若F、D、xi., q、R、加料板位置都不变，而将塔顶泡点回流改为冷回流，则塔顶产品组成血变化为_B_ A 变小B变大 C 不变 D 不确定 6在一二元连续精馅塔的操作中，进料量及组成不变，再沸器热负荷恒定，若回流比减少，则塔顶温度 A ,塔顶低沸点组分浓度 B ,塔底温度 C ,塔底低沸点组分浓度 A o A 升高 B 下降 C 不变 D 不确定 7某二元混合物，a=3,全回流条件下X.F0. 3,则yn-.=_B_o A 0.9 B 0.3 C 0.854 D 0.794
蒸馏习题参考答案 【7-1】 苯和甲苯在92℃时的饱和蒸汽压分别为143.73kPa 和57.6kPa ，苯-甲苯的混合液中苯的摩尔分数为0.4。试求：在92℃混合液中各组分的平衡分压、系统压力及平衡蒸汽组成。此溶液可视为理想溶液。[苯57.492kPa 、甲苯34.56kPa 、系统压力92.025kPa 、0.625y =苯、0.375y =甲苯] 解： 根据拉乌尔定律，理想溶液上方的平衡分压为 143.730.457.49257.60.634.5692.05257.492/92.0520.62510.6250.375A A A B B B A B A A B p p x kPa p p x kPa P p p kPa p y P y ==?===?==+== ===-= 【7-2】 在连续精馏塔中分离苯（A ）和甲苯（B ）两组分理想溶液。现场测得：塔顶全凝器，第一层理论板的温度计读数为83℃，压力表读数D 5.4kPa p =；塔釜温度计读数为112℃，压力表读数W 12.0kPa p =。试计算塔顶、塔釜的两产品组成和相对挥发度。两纯组分的饱和蒸汽压用安托尼方程计算。当地大气压为101.3kPa 。 （安托尼方程表达式为：0lg A-B p t C =+；苯：A=6.03055、B=1121.033、C=220.79；甲苯：A=6.07954、B=1344.8、C=219.482） [0.976x =D 、 2.573α=D ：W 0.0565x =、W 2.338α=] 解：（1）塔顶馏出液的组成及相对挥发度D a 对于理论板，气液相组成互为平衡，两相温度相等，塔顶第一层理论的气相组成即馏出液组成。 将83D t =℃代入安托尼方程求得 001211.033lg 6.03055- =2.04483220.79=110.7kPa p p =+∴苯苯
化工原理蒸馏试题精编 W O R D版 IBM system office room 【A0816H-A0912AAAHH-GX8Q8-GNTHHJ8】
蒸馏 一.填空题 1.蒸馏是分离____________的一种方法，蒸馏分离的依据是 _______________________________。 2.气液两相呈平衡状态时，气液两相温度_______，但气相组成________液相组成。 3.气液两相组成相同时，则气相露点温度________液相泡点温度。 4.在精馏过程中，增大操作压强，则物系的相对挥发度________，塔顶温度 _________，塔釜温度_______，对分离过程___________。 5.两组分溶液的相对挥发度是指溶液中_______的挥发度对________的挥发度的比值，a=1表示_______。 6.所谓理论板是指该板的气液两相____________，且塔板上_________________。 7.某两组分物系，其相对挥发度α=3，对第n，n-1两层理论板，在全回流条件下， 已知x n =0.3，则y n-1 =_________________。 8.某精馏塔的温度精馏段操作线方程为y=0.75+0.24，则该精馏塔的操作回流比是____________，馏出液组成为____________________。 9.精馏塔的塔顶温度总是低于塔底温度，其原因是_____________和 _________________。
10.在总压为103.3kPa温度为95℃下，苯与甲苯的饱和蒸汽分别为=155.7kPa=63.3 kPa，则平衡时苯的液相组成为=_________，气相组成为y=______________，相对挥发度为α=____________。 11.精馏塔有____________进料热状态，其中__________进料q值最大，进料温度 ____泡点。 12.在操作的精馏塔中，测得相邻两塔板的两相四个组成为0.62，0.70，0.75，0.82.则=_________，=________，=_________，=_______. 13.对于不同的进料热状态，，与的进料关系为 （1）冷液进料，_________，___________ （2）饱和液体进料，_________，__________ （3）气液混合物进料，_________，___________ （4）饱和蒸汽进料，_________，__________ （5）过热蒸汽进料,_________，___________ 14.某连续精馏塔中，若精馏段操作线方程的截距等于零，则：回流比等于 _________，馏出液量等于____________，操作线方程为_______________。 15.板塔式的流体力学性能包括________，_________，________，_________， ________，_________。 16.塔板负荷性能图由________，________，________，_________，__________五条线组成，五条线围成的区域为_________，操作点应在_________。