南京大学第五版无机及分析化学第三章原子结构汇总

一、阴极射线电子的发现1.科学家用真空度很高的真空管做放电实验时，发现真空管阴极发射出的一种射线，叫做阴极射线．2．阴极射线的特点：(1)在真空中沿直线传播； (2)碰到物体可使物体发出荧光3．电子的发现汤姆孙让阴极射线分别通过电场或磁场，根据偏转情况，证明了它的本质是带负电的粒子流并求出了其比荷．4．密立根通过著名的“油滴实验”精确地测出了电子电荷．电子电荷量一般取e＝1.6×10－19 C，电子质量m e＝9.1×10－31 kg.二、粒子散射实验和原子核结构模型⑴粒子散射实验：1909年，卢瑟福及助手盖革和马斯顿完成的.①装置：如右图。

②现象：a. 绝大多数粒子穿过金箔后，仍沿原来方向运动，不发生偏转。

b. 有少数粒子发生较大角度的偏转c.有极少数粒子的偏转角超过了90°，有的几乎达到180°，即被反向弹回。

⑵原子的核式结构模型：1911年，卢瑟福通过对粒子散射实验的分析计算提出原子核式结构模型：在原子中心存在一个很小的核，称为原子核，原子核集中了原子所有正电荷和几乎全部的质量，带负电荷的电子在核外空间绕核旋转。

原子核半径约为10-15m，原子轨道半径约为10-10 m。

三、光谱和光谱分析1．光谱的定义：用光栅或棱镜可以把各种颜色的光按波长展开，获得光的波长(频率)和强度分布的记录．2．特征谱线：各种原子的发射光谱都是线状谱，说明原子只发出几种特定频率的光，不同原子的亮线位置不同，说明不同原子的发光频率不一样，光谱中的亮线称为原子的特征谱线．3．应用：利用原子的特征谱线，可鉴别物质和确定物质的组成成分，该方法称为光谱分析。

4.光谱分析：一种元素，在高温下发出一些特点波长的光，在低温下，也吸收这些波长的光，所以把明线光波中的亮线和吸收光谱中的暗线都称为该种元素的特征谱线，用来进行光谱分析。

(1)优点：灵敏度高，分析物质的最低量达10－10 g.(2)应用：a.发现新元素；b.鉴别物体的物质成分．(3)用于光谱分析的光谱：线状光谱和吸收光谱5.氢原子光谱的实验规律（1）氢原子光谱的特点：在氢原子光谱图中的可见光区内，由右向左，相邻谱线间的距离越来越小，表现出明显的规律性．（2）巴耳末公式①巴耳末对氢原子光谱的谱线进行研究得到了下面的公式：1λ＝R(122－1n2)(n＝3,4,5，…)，该公式称为巴耳末公式．式中R叫做里德伯常量，实验值为R＝1.10×107 m－1.②巴耳末公式说明氢原子光谱的波长只能取分立值，不能取连续值．巴耳末公式以简洁的形式反映了氢原子的线状光谱，即辐射波长的分立特征．比较光谱概念产生条件光谱形式及应用线状光谱光谱是一条条的亮线．稀薄气体发光形成的光谱一些不连续的明线组成，不同元素的明线光谱不同(又叫特征光谱)，可用于光谱分析连续光谱光谱是连在一起的光带．炽热的固体、液体和高压气体发光形成的连续分布，一切波长的光都有吸收光谱光谱中有一条一条的暗线炽热的白光通过温度较白光低的气体后，再色散形成的用分光镜观察时，见到连续光谱背景上出现一些暗线(与特征谱线相对应)，可用于光谱分析第十八章《原子结构》知识点汇总四、玻尔的原子模型1．轨道量子化(1)原子中的电子在库仑引力的作用下，绕原子核做圆周运动．(2)电子运行轨道的半径不是任意的，也就是说电子的轨道是量子化的(3)电子在这些轨道上绕核的转动是稳定的，不产生电磁辐射．2．定态(1)当电子在不同轨道上运动时，原子处于不同的状态，原子在不同的状态中具有不同的能量，即原子的能量是量子化的，这些量子化的能量值叫做能级．(2)原子中这些具有确定能量的稳定状态，称为定态．(3)基态：原子能量最低的状态称为基态，对应的电子在离核最近的轨道上运动，氢原子基态能量E1＝－13.6 eV.(4)激发态：较高的能量状态称为激发态，对应的电子在离核较远的轨道上运动．3．频率条件与跃迁当电子从能量较高的定态轨道(其能量记为E m)跃迁到能量较低的定态轨道(能量记为E n，m＞n)时，会放出能量为hν的光子，该光子的能量hν＝E m－E n，该式称为频率条件，又称辐射条件．(1)能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态．(2)横线左端的数字“1,2,3，…”表示量子数，右端的数字“－13.6，－3.4，…”表示氢原子的能级．(3)相邻横线间的距离，表示相邻的能级差，量子数越大，相邻的能级差越小．(4)带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁条件为hν＝E m－E n. 注：（1）电子轨道半径越大，电子绕核运动的动能越小．(2)当电子的轨道半径增大时，库仑引力做负功，原子的电势能增大，反之，电势能减小．(3)电子的轨道半径增大时，说明原子吸收了光子，从能量较低的轨道跃迁到了能量较高的轨道上．即电子轨道半径越大，原子的能量越大．4．解释氢原子光谱的不连续性原子从高能级向低能级跃迁时放出的光子的能量等于前后两个能级之差，由于原子的能级是分立的，所以放出的光子的能量也是分立的，因此原子的发射光谱只有一些分立的亮线．5．解释不同原子具有不同的特征谱线不同的原子具有不同的结构，能级各不相同，因此辐射(或吸收)的光子频率也不相同．五、玻尔理论的局限性1．成功之处玻尔理论第一次将量子观念引入原子领域，提出了定态和跃迁的概念，成功解释了氢原子光谱的实验规律．2．局限性保留了经典粒子的观念，把电子的运动仍然看做经典力学描述下的轨道运动．3．电子云原子中的电子没有确定的坐标值，我们只能描述电子在某个位置出现概率的多少，把电子这种概率分布用疏密不同的点表示时，这图象就像云雾一样分布在原子核周围，故称电子云．六、对玻尔原子模型的理解1．氢原子的半径公式rn＝n2r1(n＝1,2,3，…)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，r1＝0.53×10－10 m.2．氢原子的能级公式氢原子的能级公式：E n＝1n2E1(n＝1,2,3，…)，其中E1为基态能量，E1＝－13.6 eV.3．大量处于n激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射2)1(nn种不同频率的光，一个处于激发态的氢原子向基态跃迁时，最多可辐射(n－1)种频率的光子．。

第一章物质结构基础1、四个量子数(1) 主量子数(n)：电子所处的电子层。

(2) 副(角)量子数(l) ：电子所处的电子亚层及电子云的形状。

l值受n限制，可取0,1……,n-1。

(3) 磁量子数(m)：轨道在空间的伸展方向。

m的取值受l的限制（0、±1 … ±l），共(2l+1)个。

(4) 自旋量子数(m s)：描述电子自旋的状态。

取值+1/2和-1/22、屏蔽效应与钻穿效应（1）屏蔽效应：内层电子对外层电子的排斥作用，削弱了原子核对外层电子的吸引力，使有效核电荷数减小（2）钻穿效应：外层电子钻入原子核附近而使体系能量降低的现象。

导致能级交错：如：E4s<E3d3、核外电子排布原理(1) 泡利不相容原理：每个轨道至多能容纳两个自旋方向相反的电子。

(2)能量最低原理：核外电子的分布在不违反泡利原理的前提下，优先占据能量较低的轨道，使整个原子系统能量最低。

(3)洪特规则：在n、l相同的轨道上分布电子时，将尽可能占据m 值不同的轨道，且自旋平行。

等价轨道在电子全充满、半充满、和全空时的状态比较稳定。

原因：两个电子占据同一轨道时，电子间排斥作用使系统的能量升高。

4、原子半径（1）原子半径分类：自由原子半径：电子云的径向分布函数D(r) 的最大值。

共价半径：单质分子中两个相邻原子的核间距一半。

范德华半径：分子晶体中，不同分子的相邻两原子核间距的一半。

注：同一元素的范德华半径较共价半径大。

金属半径：固体中测定两个最邻近原子的核间距一半。

（适用金属元素。

）（2）原子半径变化的周期性同周期：主族元素，自左向右原子半径逐渐减小。

d区过渡元素，原子半径略有减小；从IB 族元素起，原子半径反而有所增大。

同族：主族元素，自上而下，原子半径显著增大。

副族元素，自上而下，原子半径也增大，但幅度较小。

5、电离能：气态原子失去电子变为气态阳离子，克服核电荷对电子的吸引力而消耗的能量。

元素原子的电离能越小，越容易失去电子；越大，越难失去电子。

无机及分析化学（习题含答案）-原子结构第三章原子结构习题1.是非判断题1-1基态氢原子的能量具有确定值，但它的核外电子的位置不确定。

1-2微观粒子的质量越小，运动速度越快，波动性就表现得越明显。

1-3原子中某电子的合理的波函数，代表了该电子可能存在的运动状态，该运动状态可视为一个原子轨道。

1-4对于氢原子的1s轨道，不应该理解为电子绕核作圆周运动，因为电子有波粒二象性，它的运动轨道是测不准的。

1-5因为氢原子只有一个电子，所以它只有一条原子轨道。

1-6 p轨道的空间构型为双球形，则每一个球形代表一条原子轨道。

1-7因为在s轨道中可以填充两个自旋方向相反的电子，因此s轨道必有两个不同的伸展方向，它们分别指向正和负。

1-8不同磁量子数m表示不同的原子轨道，因此它们所具有的能量也不相同。

1-9随着原子序数的增加，n、l相同的原子轨道的能量也随之不断增加。

1-10每一个原子中的原子轨道需要有3个量子数才能具体确定，而每一个电子则需要4个量子数才能具体确定。

1-11磁量子数m决定原子轨道在空间的取向。

1-12多电子原子中，电子的能量决定与主量子数n和角量子数l。

1-13主量子n相同，角量子数l不同，随l增大，屏蔽作用增加。

1-14 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。

1-15磁量子数m=0的轨道都是球形对称的轨道。

1-16氢原子的能级中，4s=4p=4d=4f，而多电子原子中，4s<4p<4d<4f。

1-17主量子数n为4时，有4s，4p，4d，4f四条轨道。

1-18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。

1-19描述原子核外电子运动状态的波函数Ψ需要用四个量子数来确定。

1-20一组n，l，m组合可以表达核外电子的一种运动状态。

1-21某原子的价电子构型为2s22p2，若用四个量子数表示2p2两个价电子的运动状态，则分别为2，2，0，-1/2和2，2，1，+1/2。

物理化学课程教案第三章热力学第二定律热力学第一定律指出了能量在转化过程中具有的相应的当量关系，但不违背热力学第一定律的过程不一定都能发生。

如热可以自高温物体传向低温物体而使低温物体的温度升高，高温物体的温度降低。

所以热力学第一定律并不能对过程进行的方向和限度做出回答，对上述问题的回答需要新的热力学定律。

热力学第二定律的伴随着提高热机效率的研究而发现的，这种热功转化的关系抓住了自然界中千变万化的过程的共同规律，成为衡量，判断过程式方向和限度的共同准则。

§ 3.1自发变化的共同规律---不可逆性自然界发生的不可逆过程的实例1．对系统做功使体系的温度上升。

2．理想气体的真空的膨胀过程。

3．浓度不同的溶液趋于浓度均一。

4．热从高温物体传向低温物体。

5． 锌和稀硫酸的反应。

自发过程与不自发过程.上述的不自发过程进行之后,为使系统恢复原状,可以通过做功的方式来实现，上述过程能否可逆,取决于能否从单一热源吸热,全部转化为功.而不会引起其它的变化.§ 3.2 热力学第二定律自然界发生的过程说明，各种过程都是相互有联系的，这些过程是否可逆，归结为热和功能否可逆的转化，热力学第二定律对此问题做出了回答。

热力学第二定律的两种说法：克劳修斯说法：热量不能从低温物体传向高温物体而不引起其它的变化。

开尔文说法：不可能从单一热源取热，全部转化为功而不引起其它的变化。

热力学第二定律的两种说法的等效性。

热力学第二定律的通常的表述方法：只从一个热源吸热，全部转化为功而不引起其它的变化的机器称为第二类永动机。

热力学第二定律也可以表述为：第二类永动机是不可能造成的。

§ 3.3 卡诺定理从热力学第二定律可知，效率为1的热机是难以实现的，那么热机的效率到底有多高。

它取决那些因素呢？卡诺定理回答了这个问题，这个定理的证明需要热力学第二定律。

卡诺定理：所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机的效率，其效率不会大于可逆机。