(完整)大學無機化學第五章試題及答案,推薦文檔

1、1第五章原子結(jié)構(gòu)和元素周期表本章總目標：1:了解核外電子運動的特殊性，會看波函數(shù)和電子云的圖形2:能夠運用軌道填充順序圖，按照核外電子排布原理，寫出若干元素的電子構(gòu)型。3:掌握各類元素電子構(gòu)型的特征4: 了解電離勢，電負性等概念的意義和它們與原子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。各小節(jié)目標：第一節(jié)：近代原子結(jié)構(gòu)理論的確立學會討論氫原子的玻爾行星模型 E eVon第二節(jié)：微觀粒子運動的特殊性1 ：掌握微觀粒子具有波粒二象性（-）0P mv2:學習運用不確定原理（x? P ）o2 m第三節(jié)：核外電子運動狀態(tài)的描述1:初步理解量子力學對核外電子運動狀態(tài)的描述方法 處于定態(tài)的核外電子在核外空間的概率密度分布（即電子云）。2

2、:掌握描述核外電子的運動狀態(tài)-能層、能級、軌道和自旋以及4 個量子數(shù)。3:掌握核外電子可能狀態(tài)數(shù)的推算。第四節(jié)：核外電子的排布1: 了解影響軌道能量的因素及多電子原子的能級圖。2;掌握核外電子排布的三個原則：（0能量最低原則 多電子原子在基態(tài)時，核外電子盡可能分布到能量最低的院子軌道。Pauli 原則在同一原子中沒有四個量子數(shù)完全相同的電子，或者說是在同一個原子中沒有運動狀態(tài)完全相同的電子。2Hu nd 原則一一電子分布到能量簡并的原子軌道時， 優(yōu)先以自旋相同的方式 分別占據(jù)不同的軌道。3:學會利用電子排布的三原則進行第五節(jié)：元素周期表 認識元素的周期、元素的族和元素的分區(qū)，會看元素周期表。第

3、六節(jié)：元素基本性質(zhì)的周期性掌握元素基本性質(zhì)的四個概念及周期性變化1 原子半徑O1 從左向右，隨著核電荷的增加，原子核對外層電子的吸引 力也增加，使原子半徑逐漸減??；O隨著核外電子數(shù)的增加，電子間的相互斥力 也增強，使得原子半徑增加。 但是，由于增加的電子不足以完全屏蔽增加的核電 荷，因此從左向右有效核電荷逐漸增加，原子半徑逐漸減小。2：電離能從左向右隨著核電荷數(shù)的增多和原子半徑的減小，原子核對外 層電子的引力增大，電離能呈遞增趨勢。3：電子親和能在同一周期中，從左至右電子親和能基本呈增加趨勢，同 主族，從上到下電子親和能呈減小的趨勢。4：電負性在同一周期中，從左至右隨著元素的非金屬性逐漸增強而

4、電負 性增強，在同一主族中從上至下隨著元素的金屬性依次增強而電負性遞減。 習題一 選擇題1.3d 電子的徑向函數(shù)分布圖有（）（無機化學例題與習題吉大版）A.1 個峰B.2 個峰 C. 3 個峰 D. 4 個峰2. 波函數(shù)一定，則原子核外電子在空間的運動狀態(tài)就確定，但仍不能確定的是（）A.電子的能量B.電子在空間各處出現(xiàn)的幾率密度C.電子距原子核的平均距離D.電子的運動軌跡3. 在下列軌道上的電子，在 xy 平面上的電子云密度為零的是（） （無機化學例題與習題吉大版 ）A .3sB .3pxC . 3pzD .3dz244 下列各組量子數(shù)中，合理的一組是（）A .n=3， l=1 ， ml=+1

5、 ， ms= +1/2B .n=4， l=5 ， ml= -1 ， ms= +1/2C .n=3， l=3 ， ml=+1 ， ms= -1/23D .n=4，l=2，ml=+3，ms= -1/25.第四周期元素原子中未成對電子數(shù)最多可達 （ 吉大版）A.4 B. 5 C .6 D.76. 下列電子的量子數(shù)（n, I,m 和 ms）不合理的是（）A .3， 0 ，0 ，+1/2B .3 ，0 ，0 ，-1/2C .3, 1,0,-1/2D .3,3, 0, +1/27. 對 3d 電子來說,下列各組量子數(shù)中不正確的是（）A. 3, 2,2,+1/2B. 3,2, 1, -1/2C. 3, 2,

6、0,+1/2D. 3,1, 1, +1/29.電子的鉆穿本領(lǐng)及其受其它電子屏蔽效應(yīng)之間的關(guān)系（） （無機化學例題與習題8.主量子數(shù) n=4 能層的亞層數(shù)是（A. 3 B. 4 C. 5） （ 無機化學例題與習題吉大版 ）D. 6A. 本領(lǐng)越大,效應(yīng)越小B.本領(lǐng)越大，效應(yīng)越大4C.兩者無關(guān)系D.以上都不對1O.Pt?+離子的價電子層結(jié)構(gòu)是（A.6s26p2B.5s25p2） （ 無機化學例題與習題吉大版 ）C.6s2D.5s25p65d1O6s211.在多電子原子中, 下列電子具有如下量子數(shù),（ 無機化學例題與習題吉大版 ）A. 2, 1 , O, -1/2C. 3, 1 , 1 , +1/2其

7、中能量最高的電子是 （B. 2, 1, 1, -1/2D.3, 2, -2, -1/212.當基態(tài)原子的第五電子層只有2 個電子時,則原子的第四電子層的電子數(shù)為（） （ 無機化學例題與習題吉大版 ）A .8B. 18C .818D. 83213.下列離子中的電子構(gòu)型可以用Ai3d6表示的是（A.Mn2+B.Fe3+C .Co3+）D .Ni2+14.下列元素原子半徑的排列順序正確的是（A. Mg B Si ArC. Si Mg B Ar）B. ArMgSiBD. B Mg Ar Si15.下列元素中,原子半徑最接近的一組（大版）A. Ne 、Ar、Kr、XeC. B、C、N、O） （ 無機化學

8、例題與習題吉B. Mg 、Ca、Sr、BaD. Cr、Mn、Fe、Co516.鑭系收縮是下列各對元素中性質(zhì)最相似的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版 ）A .Zr 和 Hf B.Ru 和 RhC .Mn 和 Tc D.Nd 和 Ta17.已知某元素原子的價電子層結(jié)構(gòu)為3d54s2，則該元素在周期表中位置為 （）A.第四周期第UA 族B.第四周期第UB 族C.第四周期第 VUA 族D.第四周期第 VUB 族18. 在下列元素中，電負性大小順序正確的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版）A. F N OB. O CI OC. ASPHD. Cl SAs19. 第二電離能最大的原子應(yīng)該具有的電子構(gòu)型是

9、（）A. 1 s22s22p5B.1s22s22p6C.1s22s22p63p1D . 1 s22s22p63s220. 下列各組元素的第一電離能按遞增的順序正確的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版 ）A.Na Mg Al B. B C N C.si P As D.He Ne Ar21. 下列元素中第一電子親和能最大的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版）A.O B. F C.s D.Cl22. 下列元素基態(tài)原子的第三電離能最大的是（） （ 無機化學例題與習題吉大版）A.C B. B C.Be D.Li23. 某元素基態(tài)原子失去三個電子后，角量字數(shù)為2 的軌道半充滿，其原子序數(shù)為（ ）（ 無機化

10、學例題與習題吉大版 ）A.24 B. 25C.26D.2724. 下列元素中，書鑭系元素的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版 ）A.TaB. TiC.TlD.Tm25. 下列元素中屬于放射性元素的是（）（ 無機化學例題與習題吉大版 ）A.TaB. TbC.TcD.Tm二 填空題1.4P 亞層中軌道的主量子數(shù)為，角量子數(shù)為，該亞層的軌道最多可以有 種空間取向，最多可容納個電子。（無機化學例題與習題吉大版）622._波函數(shù) 是描述_ 數(shù)學函數(shù)式，它和 是同義詞，| |的物理意義是_，電子云是_形象化表示。3.周期表中最活潑的金屬為 ，最活潑的非金屬為 ，原子序數(shù)最小的 放射性元素為第 周期元素，其

11、元素符號為 。（無機化學例題與習 題吉大版）4._ 質(zhì)量數(shù)是 56,中子數(shù)是 30 的基態(tài)原子電子構(gòu)型 _ ;質(zhì)量數(shù)為 209,中子數(shù)為 126 的基態(tài)原子電子構(gòu)型 _。5.第四周期元素中 4P 軌道半充滿的是，3d 軌道半充滿的是，4s 軌道半充滿的是，價電層 s 電子數(shù)與 d 電子數(shù)相同的是。（無機化學例題與習題吉大版）6._ 原子序數(shù)為 24 的原子，其價電子結(jié)構(gòu)是 _。7.元素的性質(zhì)隨著_ 的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化，這是原子的 _變化的反映，第四、六周期分別是 _能級組和_能級組。8.在各類原子軌道中，_ 軌道的鉆穿能力最強，由此引起的后果是 _（無機化學例題與習題吉大版）9.第 33

12、 號元素原子的核外電子排布為 _ ，基態(tài)時最外層各電子的量子數(shù)為：n=; 1=;m=; ms=該兀素最咼氧化態(tài)為 _，在周期表中屬 _區(qū)元素，它的低價氧化物的化學式為_ ，俗稱_。10.鑭系元素包括原子序數(shù)從至 共 個元素，從 La到 Lu 半徑共減少 ppm，這一事實稱為，其結(jié)果是。（無機化學例題與習題吉大版）11造成第三過渡元素原子半徑和第二過渡元素原子半徑相近的原因是.12.給出下列元素的原子核外價電子排列方式W ，Nb ，Ru7Rh ，Pd ，Pt。（無機化學例題與習題吉大版）13. 用元素符號填空：最活潑的氣態(tài)金屬元素是 _最活潑的氣態(tài)非金屬元素是最不易吸收電子的元素是 _第四周期的

13、第六個元素電子構(gòu)型是 _第I電離勢能最大的元素是_第I電子親核勢能最大的元素是_第 2、3、4 周期原子中 P 軌道半充滿的元素是_3d 半充滿和全充滿的元素分別是 _ 和_電負性相差最近的元素是_電負性相差最大的元素是_14.根據(jù)現(xiàn)代結(jié)構(gòu)理論， 核外電子的運動狀態(tài)可用來描述，它在習慣上被稱為 ；丨丨2表示，它的形象化表示是。（無機化學例題與習題吉大版）15.非放射性元素中，單電子數(shù)最多的元素單電子數(shù)為，它在周期表中位于 第周期，第 族。（無機化學例題與習題吉大版）三問答題1原子軌道、幾率密度和電子云等概念有何聯(lián)系和區(qū)別？2.根據(jù)鉀、鈣的電離勢數(shù)據(jù)，從電子構(gòu)型說明在化學反應(yīng)過程中，鉀表現(xiàn)+1

14、價,鈣表現(xiàn)+2 價的原因？3寫出下列元素的符號、名稱、價電子構(gòu)型和惰性氣體在周期表中的分區(qū)。（無 機化學例題與習題吉大版）A.第四周期的惰性氣體B.第四周期的WB 族元素C. 5p 電子半充滿的元素4.K 和 Ca 中的 4s 能量和 3d 能量哪個低？（試用斯萊特經(jīng)驗公式求算E 值）電子排布式應(yīng)是什么？5回答下列問題：寫出原子序數(shù)為 32 的元素的核外電子排布、元素符號、元素名稱以及此元素 在周期表中的位置。8試用四個量子數(shù)分別表示這個元素原子最外層各價電子的核外運動狀態(tài):最外層各價電子nlmms分別畫出此元素原子最外層 Px 電子的軌道角度分布圖及電子云徑向分布圖6.符號 d、3dz2和

15、3d1各代表什么意義?297. 原子核外電子的運動有什么特性？8.什么叫屏蔽效應(yīng)？什么叫鉆穿效應(yīng)？如何解釋下列軌道能量的差別？(無機 化學例題與習題吉大版)(1)EisvE2SvE3SvE4S(2)E3SVE3pVE3d(3)E4SVE3d9.說明下列事實的原因：(1) 元素最外層電子數(shù)不超過 8 個；(2) 元素次外層電子數(shù)不超過 18 個；(3)各周期所包含的元素數(shù)分別為 2、8、8、18、18、32 個10. 下列術(shù)語的含義是什么？電離勢、電子親合勢、電負性。它們和元素周期律 有什么樣的關(guān)系？11 在第四周期的 A、B、C、D 四種元素，其價電子數(shù)依次為 1、2、2、7,其原 子序數(shù)按

16、A、B、C、D 依次增大。已知 A 和 B 的次外層電子數(shù)為 8,而 C 與 D 為 18,根據(jù)原子結(jié)構(gòu)判斷：(1) 哪些是金屬元素；(2) D 與 A 的簡單離子是什么？(3) 哪一元素的氫氧化物堿性最強？(4) B 與 D 兩原子間能形成何種化合物？寫出化學式。參考答案選擇題1. A2. D3.C4. A5. C6. D7. D8.B9. A10.C11.D12. C13.C14. B15.D16.D17. D18.D19.C20.B21.D22.B23.C24.D25.C二填空題1.4, 1, 3, 6的形象化表示3.Fr,F 五 Tc2.核外電子空間運動狀態(tài)；原子軌道;電子在核外空間出

17、現(xiàn)的幾率密度；波函數(shù)104. 183d64s2; 786s26p35. As,Cr 和 Mn,K,Cr 和 Cu,Ti6.3d54s1;3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2y27.荷電核數(shù)；最外層的電子數(shù)由 18 呈現(xiàn)周期性；第W;第8.s,s 軌道能量降低，造成能級交錯9.1s22s22p63s23p63d104s24p3;n:44444l:00111m:000-+1ms：+1/2-/2+1/2+1/2+1/2+5;P 區(qū);As2O3;砒霜10.57, 71, 15; 11,鑭系收縮，使第二過度元素和第三過度元素原子半徑相近。11. 鑭系收縮12. W 5d46ss2Nb 4d4

18、5s1Ru 4d75s1Rh 4d85s1Pd 4d105s0Pt 5d96s113.CsF(3)Fr1s22s22p63s23p64d54s1HeCl(7)N,P,As Cr, Mn ; Cu, Zn(9)Ce 和 Pr ,Pr 和 Nd,Dy 和 Ho,Ho 和 Er.Er 和 Tm; F 和 Cs14. 波函數(shù)，原子軌道；概率密度，電子云15.8,六，川 B三問答題1.答：波函數(shù)()是描寫原子核外電子運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式，可以粗略地把看成是在 X,Y,Z 三維空間里能找到該核電子運動的一個區(qū)域，借用”軌道”這個詞 稱為軌道，所以原子軌道是的同義詞；幾率密度是描寫電子在核外空間某處單位體積

19、內(nèi)出現(xiàn)的多少，可由該電子原子軌道的波函數(shù)的絕對值的平方2來確定。電子云是電子在核外運動時，把它在空間各處出現(xiàn)的幾率密度的大小 畫成圖形，這種圖形叫電子云，是幾率密度的形象描述。原子軌道,幾率密度和電 子云都是描述電子運動的基本概念，它們既是不同的概念，但又有密切的聯(lián)系。 在物理意義上，波函數(shù)是描寫核外電子空間運動狀態(tài)的數(shù)學函數(shù)式，而電子云則 是電子在核外空間出現(xiàn)的幾率分布的形象化描述。從它們的角度分布圖看，形狀相似，但略有不同,電子云的角度分布圖比相應(yīng)原子軌道波函數(shù)的角度分布圖11要稍”瘦”點，而原子軌道波函數(shù)的角度分布圖有正、負號；而電子云都是正值。2.答：查出鉀，鈣的電離勢數(shù)據(jù)如下K:Ii

20、=6.954X10-19J,I2=50.663X10-19J,I3=73.243X10-19JCa:Ii=6.793X10-19J ,I2=19.017X10-19J,I3=81.555X10-19J由電離勢數(shù)據(jù)可知，鉀的I2是I1的 7 倍多，I3是I1的 10 倍多，因此 鉀易失去 1 個電子，在化學反應(yīng)中表現(xiàn)為+1 價。K+離子類似于惰性氣體Kr的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)所以 K+是穩(wěn)定的。鈣的I1,I2差別不大，而I3是I1的 8 倍多,因此鈣易失去 2 個電子，在化學反應(yīng)中表現(xiàn)為+2 價,Ca2+離子 也是類似于惰性氣體Kr的結(jié)構(gòu)，所以 Ca2+離子是穩(wěn)定的。3. 答：A 是 36 號元素氪Kr屬于

21、 P 區(qū),價電子構(gòu)型為：4s24p6;B 是 22 號元素鈦Ti, 屬于 d 區(qū),價電子構(gòu)型為:3d24s2;C 是 51 號元素銻Sb,屬于 P 區(qū)，價電子構(gòu)型為:5s25p34.答：計算基態(tài)鉀原子的 4s 和 3d 的能量（根據(jù)斯萊特規(guī)則）3d=10X1.0+8X0.35=12.80,4S=10X1.0+8X0.85=16.80,(19E3d= -13.6X212.80)32=-1.51eV(19E4S= -13.6X-16.80)242=-4.11eVE3dE4S同理，對于基態(tài)鈣原子： E3d=13.6X竺18.00)22= -6.04eV32E4S= -13.6X創(chuàng)-217.15)42

22、=-6.90eVE3d E4S所以，K 和 Ca 的 4s 能量都比 3d 能量低，它們的電子排布分別為:K: 1s22s22p63S23p64s1Ca： 1s22s22p63s23p64s25.答：（1）核外電子排布為：1s22$s22p63s23p63d104s24p2;元素符號為：Ge；元素 名稱為鍺；它屬于第四周期WA 族。（2）nlmms4s24001/2400-1/2124p41+1, -1,0+1/2，-1/2410，+1,-1+1/2，-1/2yDr/nmr/nm6.答：d 是原子軌道的符號，表示 1=2 的電子運動狀態(tài)。3dz2表示 n=3、1=2、m=0 的電子空間運動狀態(tài)

23、。它在 z 軸方向上電子云密度最 大。3d1代表第三電子層(n=3)的 d(l=2)原子軌道上有一個電子。該電子處于 n=3、 1=2、m=0、土 1 或土 2、m=+1/2 或-1/2 的電子運動狀態(tài)。7.答：原子核外電子的運動具有波粒二象性，不能同時準確測定其位置和速度(即 測不準關(guān)系)因而它的運動不遵循經(jīng)典力學的規(guī)律。 沒有經(jīng)典式的軌道，而是服 從量子力學的規(guī)律，需要統(tǒng)計規(guī)律來描述。8.答：其他電子的屏蔽作用對某個選定電子產(chǎn)生的效果叫做屏蔽效應(yīng)；由于電子的角量子數(shù) l 不同，其幾率的徑向分布不同，電子鉆到核附近的 幾率較大者受到核的吸引作用較大，因而能量不同的現(xiàn)象稱為電子的鉆穿效應(yīng)。(1

24、) 當 n 不同，l 相同時，n 越大，電子離核的平均距離越遠，所以原子 中其它電子對它的屏蔽作用則較大，即c值越大，能量就越高。故 E1svE2svE3SVE4S。(2) 當 n 相同，l 不同時，l 越小，電子的鉆穿效應(yīng)越大，電子鉆的越深受核吸引力越強，其它電子對它的屏蔽作用就越小，其能量就越低。故E3SVE3PVE3d0(3) 在多電子原子中電子在 4s 軌道比 3s 軌道鉆穿效應(yīng)大，可以更好地回避其它電子的屏蔽。4s 軌道雖然主量子數(shù)比 3d 多 1,但角量子數(shù)少 2,其鉆穿 效應(yīng)增大對軌道能量的降低作用超過了主量子數(shù)大對軌道能量的升高作用。因此E4SVE3d。9 答：(1)當元素最外層電子數(shù)超過 8 時，電子需要填充在最外層的 d 軌道上， 但由于鉆穿效應(yīng)的影響，EnsVE(n-1)d,故填充 d 軌道之前必須先填充更外層的 s 軌道，而填充更外層 s 軌道，則增加了一個新電子層，原來的 d 電子層變成了次 外層，故最外層電子數(shù)不超過 8 個。(2) 當次外層電子數(shù)要超過18時， 必須填充f軌道， 但在多電子原子中， 由于 EnsVE(n-