发布时间 : 星期一 文章原子结构与元素周期律（精）更新完毕开始阅读3165ee1059f5f61fb7360b4c2e3f5727a4e92437
第10章 原子结构与元素周期律
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：用四个量子数： 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——描述原子轨道的伸展方向； 自旋量子数——描述电子的自旋方向。
2． 区别下列概念：（1） Ψ与∣Ψ∣2， （2）电子云和原子轨道， （3）几率和几率密度。 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；
∣Ψ∣2反映了电子在核外空间出现的几率密度。
（2）∣Ψ∣2 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。 （3）∣Ψ∣2表示原子核外空间某点附近单位体积内电子出现的几率，即称几率密度，而某一微小体积dV内电子出现的几率为∣Ψ∣2·dV。
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：不同之处为
（1）原子轨道的角度分布一般都有正负号之分，而电子云角度分布图均为正值，因为Y平方后便无正负号了。
（2） 除s轨道的电子云以外，电子云角度分布图比原子轨道的角度分布图要稍“瘦”一些，这是因为︱Y︱≤ 1，除1不变外，其平方后Y2的其他值更小。
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：Pauling近似能级图是按能级高低顺序排列的，把能量相近的能级组成能级组，依1、2、3…能级组的顺序，能量依次增高。按照科顿能级图中各轨道能量高低的顺序来填充电子，所得结果与光谱实验得到的各元素原子中电子排布情况大致相符合。
科顿的原子轨道能级图指出了原子轨道能量与原子序数的关系，定性地表明了原子序数改变时，原子轨道能量的相对变化。从科顿原子轨道能级图中可看出：原子轨道的能量随原子序数的增大而降低，不同原子轨道能量下降的幅度不同，因而产生能级交错现象。但氢原子轨道是简并的，即氢原子轨道的能量只与主量子数n有关，与角量子数l无关。
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。
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（2）在多电子原子中，电子的能量只取决于主量子数n。 （3）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。 （4）波函数Ψ是描述微观粒子运动的数学函数式。
（5）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。 （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） 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)。 错。（4）正确。
7．指出下列叙述是否正确。
（1）最外电子层排布为ns1的元素是碱金属元素； （2）ⅧB族元素的价电子层排布为(n–1)d6 ns2；
（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– → O2– (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ns1的元素除碱金属元素外，还有?B族(n-1)d10 ns1的铜、银、金，VIB族(n-1)d5 ns1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 ns0-2 。
（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，使第六周期元素的原子半径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– → O2– (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。虽然氟有强的接受电子倾向，但由于原子半径最小，加入电子后负电荷密集，电子间的排斥作用剧增，反而导致电子亲和能比它同族下面的一个元素氯的为小，即具有最大电子亲和能的元素是氯。
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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，C． 3，1，1，–
11 B． 2，0，0，– 2211 D． 3，2，–1， 22（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．Be＜B＜Na＜Mg B．B＜Be＜Mg＜Na C．Be＜B＜Mg＜Na D．B＜Be＜Na＜Mg
解： 1D 2D 3C 4B 5B
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 、 、 、 、 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) 1s2 2s2 (B) 1s2 2s2 2p5 (C) 1s2 2s22 p1 (D) 1s2 2s2 2p6 3s1 (E) 1s2 2s2 2p6 3s2 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)
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（3）s区、p区、d区、ds区、f区
ns1-2、 ns2 np1-6 、(n – 1 )d0-10 ns0-2、(n – 1 )d10 ns1-2 、(n – 2 ) f 0-14 (n – 1 ) d 0-2 ns2 （4）8；18；2、8、8、18、18、32；57、71、15 （5）(D)； (D)； (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）Sc 与Ca; （4）Cu 与Ni; （5）Zr 与Hf; （6）La 与Ce; （7）S2- 与S; （8）Na+ 与Al3+; （9）Fe2+ 与Fe3+; （10）Pb2+ 与Sn2+ 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 ( Ca) > r (Sc) 二者同一周期 ，但Sc的核电荷大。
（4）r ( Cu) > r (Ni) 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，半径稍大。
（5）r ( Zr) ≈ r ( Hf) 镧系收缩的结果。 （6）r ( La) > r ( Ce) 同一层，Ce的核电荷大。 （7）r ( S2-) > r ( S) 同一元素，S2- 的电子数大于 S。 （8）r ( Na+) > r ( Al3+) 同一族，Al3+ 核电荷多，外层电子少。 （9）r ( Fe2+) > r (Fe3+) 同一元素，电子数少者，半径小。 （10）r ( Pb2+) > r ( Sn2+) 同一族，Pb2+ 比Sn2+ 多一电子层。 注意：决定离子半径大小因素有如下几条： （1）一般正离子半径小，负离子半径大。 （2）同一元素的正离子中，电核越多半径越小。 （3）同一周期的正离子中，半径随电荷增加而减小。 （4）同族元素同价离子的半径自上而下增加。
（5）镧系和锕系元素的同价离子半径随原子序数增加而缓慢减小。 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。
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