第一章
习题
1.原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？
2.在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪些原则？
3.在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下
元素结构有什么区别？性质如何递变？
4.何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？
5.铬的原子序数为24，它共有四种同位素：4.31%的Cr原子含有26个中子，83.76%含有28个中子，
9.55%含有29个中子，且2.38%含有30个中子。试求铬的相对原子质量。
6.铜的原子序数为29，相对原子质量为63.54，它共有两种同位素Cu63和Cu65，试求两种铜的同位素
之含量百分比。
7.锡的原子序数为50，除了4f亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定锡的
价电子数。
8.铂的原子序数为78，它在5d亚层中只有9个电子，并且在5f层中没有电子，请问在Pt的6s亚
层中有几个电子？
9.已知某元素原子序数为32，根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断
其金属性强弱。
10.原子间的结合键共有几种？各自特点如何？
11.图1-1绘出三类材料—金属、离子晶体和高分子材
料之能量与距离关系曲线，试指出它们各代表何种材料。
12.已知Si的相对原子质量为28.09，若100g的Si中有5×1010个电子能自由运动，试计算：(a)能自
由运动的电子占价电子总数的比例为多少？(b)必须破坏的共价键之比例为多少？
13.S的化学行为有时象6价的元素，而有时却象4价元素。试解释S这种行为的原因。
14.A和B元素之间键合中离子特性所占的百分比可近似的用下式表示：
这里x A和x B分别为A和B元素的电负性值。已知Ti、O、In和Sb的电负性分别为1.5，3.5，1.7和1.9，试计算TiO2和InSb的IC%。
15.Al2O3的密度为3.8g/cm3，试计算a)1mm3中存在多少原子？b)1g中含有多少原子？
16.尽管HF的相对分子质量较低，请解释为什么HF的沸腾温度(19.4℃)要比HCl的沸腾温度(-85℃)
高？
17. 高分子链结构分为近程结构和远程结构。他们各自包括内容是什么？
18. 高分子材料按受热的表现可分为热塑性和热固性两大类，试从高分子链结构角度加以解释之。
19. 分别绘出甲烷(CH4)和乙烯(C2H4)之原子排列与键合.
20. 高密度的聚乙烯可以通过氯化处理即用氯原子来取代结构单元中氢原子的方法实现。若用氯取代聚乙
烯中8%的氢原子，试计算需添加氯的质量分数。
21. 高分子材料相对分子质量具有多分散性。表1-1为聚乙烯相对分子质量分布表
表1-1
分子量范围(⨯103) 平均分子量
M i
(⨯103)
分子数分数
x i
x i M i
质量分数
w i
w i M i
5~10 7.5 0.05 375 0.02 150
10~15 12.5 0.016 2000 0.10 1250
15~20 17.5 0.22 3850 0.18 3150
20~25 22.5 0.27 6075 0.29 6525
25~30 27.5 0.20 5500 0.26 7150
30~35 32.5 0.08 2600 0.13 4225
35~40 37.5 0.02 750 0.02 750 试计算该材料的数均相对分子质量，重均相对分子质量以及数均聚合度n n。
22. 有一共聚物ABS（A-丙烯腈，B-丁二烯，S-苯乙烯），每一种单体的质量分数均相同，求各单体的摩
尔分数。
23. 嵌镶金相试样用的是酚醛树脂类的热固性塑料。若酚醛塑料的密度为1.4g/cm3，试求10cm3的圆柱形试
样含的分子量为多少？
24. 一有机化合物，其组成的w(C)为62.1%，w(H)为10.3%，w(O)为27.6%。试推断其化合物名称。
25.尼龙-6是HOCO(CH2)5NH2的缩聚反应的产物。a) 用分子式表示其缩聚过程；b)已知C-O、H-N、C-N、H-O 的键能分别为360、430、305、500(kJ/mol)，问形成一摩尔的H2O时，所放出的能量为多少？
习题答案
1. 主量子数n、轨道角动量量子数l i、磁量子数m i和自旋角动量量子数S i。
2. 能量最低原理、Pauli不相容原理，Hund规则。
5. A r=52.057
6. A r =27% (Cu65)
7. 锡的价电子数为4。
11. a:高分子材料；b:金属材料；c:离子晶体
12. 原子数=个价电子数=8.576×1024个
a)
b)
20.数均相对分子质量；
重均相对分子质量；
21.酚醛单体相对分子质量= 112
10cm3圆柱试样的质量M=14(g)
22.CH3COCH3（丙酮）。
物质是由原子组成的，而原子是由位于原子中心的带正电的原子核和核外高速旋转带负电的电子所构成的。在材料科学中，一般人们最关心的是原子结构中的电子结构。
电子在核外空间作高速旋转运动，就好像带负电荷的云雾笼罩在原子核周围，故形象地称它为电子云。电子既具有粒子性又具有波动性，即具有二象性。电子运动没有固定的轨道，但可根据电子的能量高低，用统计方法判断其在核外空间某一区域内出现的几率的大小。根据量子力学理论，电子的状态是用波函数来描述的，原子中的一个电子的空间位置和能量可用四个量子数表示：
(1) 主量子数n：决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即表示电子所处的量子壳层；
(2) 轨道角动量量子数li：给出电子在同一量子壳层内所处的能级（电子亚层）；
(3) 磁量子数mi：给出每个轨道角动量数的能级数或轨道数；
(4) 自旋角动量量子数si：反映电子不同的自旋方向；
至于在多电子的原子中，核外电子的排布规律则遵循以下三个原则：
(1) 能量最低原理：电子的排布总是先占据能量最低的内层，再由里向外进入能量较高的壳层，以尽可能使体系的能量最低；
(2) Pauli不相容原理：在一个原子中不可能有运动状态完全相同的两个电子，主量子数为n的壳层，最多容纳2n2个电子；
(3) Hund规则：在同一亚层中的各个能级中，电子的排布尽可能分占不同的能级，而且自旋的方向相同。当电子排布为全充满、半充满或全空时，是比较稳定的，整个原子的能量最低；
元素周期表反映了元素的外层电子结构随着原子序数（核中带正电荷的质子数）的递增呈周期性的变化规律。可根据元素在周期表中的位置，推断它的原子结构和一定的性质。
原子与原子之间是依靠结合键聚集在一起的。由于原子间结合键不同，故可将材料分为金属、无机非金属和高分子材料。原子的电子结构决定了原子键合的本身，原子间的结合键可分为化学键和物理键两大类。化学键即主价键，它包括金属键、离子键和共价键三种：
(1) 金属键：绝大多数金属均为金属键方式结合，它的基本特点是电子的共有化；
(2) 离子键：大多数盐类、碱类和金属氧化物主要以离子键方式结合，这种键的基本特点是以离子而不是以原子为结合单位；
(3) 共价键：在亚金属（C、Si、Sn、Ge等）、聚合物和无机非金属材料中共价键占有重要地位，它的主要特点共用电子对。
