無機化學自測題 第三章 原子結構和周期律1. 是非題(判斷下列各項敘述是否正確，對的請在括號中填“”，錯的填“”)1.01 氫原子2s軌道和2p軌道能量相同，但氟原子的2s軌道能量低于2p軌道能量。（ ） 1.02 氧原子的2s軌道的能量與碳原子的2s軌道的能量相同。 （ ）1.03 主量子數n為3時有3s，3p，3d，3f四條軌道。 （ ）1.04 所有微粒都既有粒子性又有波動性。 （ ）1.05 幾率經向分布圖中出現電子幾率最大的球殼處，電子出現的幾率密度也最大。 （ ） 1.06 原子軌道圖是的圖形，故所有原子軌道都有正、負部分。 （ ） 1.07多電子原子中，若幾個電子處在同一能級組，則它們的能量也相同。 （ ）1.08 多電子原子的能級圖是一個近似能級關系。 （ ）1.09 假如鋰原子中，電子產生的屏蔽效應比實際情況大，則鋰原子中電子的能量比實際大。 （ ）1.10 Be的核電荷大于Li，但電子親合能卻較小。 （ ）1.11 元素所處的族數與其原子最外層的電子數相同。 （ ）1.12 所有元素原子的有效核電荷總小于核電荷。 （ ）1.13 通常所謂的原子半徑，并不是指單獨存在的自由原子本身的半徑。 （ ）1.14 任何元素的第一電離能總是吸熱的。 （ ）1.15 電負性是綜合考慮電子親合能和電離能的量，后兩者都是能量單位，所以前者也用能量作單位。 （ ）2. 選擇題（請選擇正確答案的題號填入）2.01 玻爾的氫原子理論主要成功之處是 （ ）A. 證明了原子核外電子是在球形軌道上運動。B. 說明了原子中電子的能量只具有某些特定數值。C. 解釋了氫原子的光譜線。D. 證明了氫原子中，電子距核越遠，電子的運動速度越大。2.02 證明電子具有波粒二象性的方法是 （ ）A. 玻爾理論不能解釋多電子原子的光譜。B. 用照像機直接對電子照相，可得到類似于機械波的波形。C. 使用德布羅依關系式計算。D. 使一束加速的電子通過Al的晶體薄片得到的衍射圖。2.03 使用能級圖時，不該出現的錯誤是 （ ）A. 能級圖表示的能級關系是絕對的。B. 每種元素中，多電子能級之間的能量差不同。C. 能級圖中，每一個表示軌道的圓圈中，最多只能容納自旋方向相反的兩個電子。D. 能級圖綜合地體現了同一原子中不同電子的屏蔽效應。2.04 元素原子的電子分布，有的出現“例外”，主要是由于 （ ）A. 電子分布的三個原則不適用于該元素的原子。B. 泡利原理有不足之處。C. 通常使用的能級圖有近似性。D. 該元素原子的電子分布必須服從四個量子數的規定。2.05 同一原子中，可能存在下列量子數的兩個電子 （ ）A. （1，1，0，+ ）和（1，0，0，- ）B. （2，0，1，+ ）和（2，0，0，- ）C. （3，2，0，- ）和（3，2，1，- ）D. （1，0，0，- ）和（1，0，0，- ）2.06 下列狀態中不是基態的是 （ ）A. 通常條件的氣體H。B. 氟原子中有 5個3p電子。C. 氧原子的電子結構為1s22s22p4。D. 氫原子中電子處在n = 1的狀態。2.07 在一個多電子原子中，具有下列各套量子數的電子，能量大的電子具有的量子數（n，l，m，ms）是 （ ） A. （3，2，+1，+ ） B. （2，1，+1，- ） C. （3，1，0， - ） D. （3，1，-1，+ ）2.08 在氫原子中，對r = 53 pm處的正確描述是 （ ）A. 該處1s電子云最大。 B. r是1s徑向分布函數的平均值。C. 該處為氫原子Bohr半徑。D. 該處是1s電子云界面。2.09 下列各組量子數中，合理的一組是 （ ） A. n = 3，l = 1，m = +1，ms = + B. n = 4，l = 25，m = -1，ms = + C. n = 3，l = 3，m = +1，ms = - D. n = 4，l = 2，m = +3，ms = - 2.10 按類氫原子軌道能量計算公式，Li2+電子在n = 1軌道上的能量與H原子在n = 1軌道上能量之比值為 （ ） A. 3 : 1 B. 6 : 1 C. 9 : 1 D. 1 : 32.11 下列哪一個軌道上的電子，在xy平面上的電子云密度為零 （ ）A. 3pz B. 3dz2 C. 3s D. 3px2.12 （3，2，1）代表簡并軌道中的一條軌道是 （ ） A. 2p軌道 B. 3d軌道 C. 3p軌道 D. 4p軌道2.13 原子軌道角度分布圖中，從原點到曲面的距離表示 （ ） A. 值的大小 B. r值的大小 C. Y值的大小 D. 4r2值的大小2.14 下列離子中外層d軌道達半滿狀態的是 （ ） A. Cr3+ B. Fe3+ c. Co3+ d. Cu+2.15 基態原子的第五電子層只有2個電子，則原子的第四電子層中的電子數 （ ） A. 肯定為8個 B. 肯定為18個 C. 肯定為8 18個 D. 肯定為8 32個2016 下述離子中半徑最小的是 （ ） A. Rb+ B. Sc3+ C. Ti4+ D. Ti3+2.17 若知下列三式的電離能分為E1，E2，E3： Li (g) Li+ (g) + e E1 Li+ (g) Li2+ (g) + e E2 Li2+ (g) Li3+ (g) + e E3 則這些電離能的正確關系是 （ ） A. E1 = E2 = E3 B. E1最大 C. E2最大 D. E3 E2 E12.18 性質最相似的兩個元素是 （ ） A. Zr和Hf B. Ru和Rh C. Mn和Mg D. Cu和Cr2.19 下列原子中，第一電離能最小的是 （ ） A. B B. C C. Al D. Si2.20 下列原子中，第一電子親合能最大的是 （ ） A. N B. O C. P D. S3填空題 3.01 波函數是描述 數學函數式，它和 是同義詞，|2的物理意義是 ，電子云是 的形象表示。3.02 氫原子的基態1s電子在距核53 pm附近的 中出現的 最大，是因為距核更近時， 雖大， 卻較小，因而 較小，距核更遠時， 雖較大， 卻很小，因而 也較小。 3.03 M3+離子3d軌道上有3個電子，表示電子可能的運動狀態的四個量子數是： ，該原子的核外電子排布是 ，M屬 周期，第 列的元素，它的名稱是 ，符號是 。3.04 Au是第六周期第11列元素，它的價電子層結構是 ；Ti的原子序數是22，Ti3+離子的價電子層結構為 。3.05 元素的性質隨著 的遞增而呈現周期性的變化，這是原子的 變化的反映；用原子軌道光譜符號來表示，第四、六周期分別是 能級組和 能級組。3.06 下列氣態原子或離子在基態時各有幾個不成對電子？ 5B（ ），8O（ ），21Sc3+（ ），24Cr3+（ ），77Ir3+（ ）3.07 如果發現了第121號元素M時，則其所在周期數為 ，所在列為 ；其金屬活潑性較同列其他元素要 ；其特征氧化態的氧化物化學式為 。3.08 原子序數為24的原子，其價電子層結構是 ，3d原子軌道的符號分 別為 。3.09 周期表中的元素可以分為 個區，各區元素的電子構型特點為 。 3.10 原子參數是指 ，重要的原子參數有 、 、 、 、 和 等。4. 簡答題4.01 試解釋為什么在氫原子中 3 s 和 3 p 軌道的能量相等，而在氯原子中 3 s 軌道的能量比 3 p軌道的能量要低 。 4.02 將氫原子核外電子從基態激發到 2 s 或 2 p 軌道所需要的能量有無差別？若是氦原子情況又會如何？ 4.03 A 族元素與 B 族元素原子的最外層都只有一個 s 電子，但前者單質的活潑性明顯強于后者，試從它們的原子結構特征加以說明。 4.04 什么叫元素的電負性？元素的電負性在周期表中呈現怎樣的遞變規律 ？請按電負性減小的順序排列下列元素：Be 、B 、Mg 、Al 。 4.05 研究物質磁性表明：金屬陽離子含未成對電子越多 ，則磁性越大 ，磁性大小又與音響直接有關 。這個現象是選擇錄音磁帶制造材料的一個因素 。寫出下列氧化物（基本上是離子型）中各陽離子的外層電子排布式 ，指出未成對電子數 ，哪種氧化物適合做錄音帶磁粉原料 ？ V2O5 CrO2 AgO SnO2 4.06 描述核外電子運動狀態的四個量子數的物理意義分別是什么 ？它們分別可取哪些數值？ 4.07 從原子結構的特點解釋： 氮的第一標準電離勢比在它前面的碳和在它后面的氧都要大 ； 鉀的第二標準電離勢為第一標準電離勢的7.3倍 ，而鈣的第二標準電離勢卻只有第一標準電離勢的1.9倍 ； 氯和錳同為第 族元素 ，它們的最高化合價相同 ，但金屬性卻不同 。4.08 試回答：3 s 和 3 s 1 各代表什么意思 ？ 4.09 什么叫元素的電負性 ？它有哪些主要應用 ？ 4.10 19號元素K和29號元素Cu的最外電子層構型都是4 s1 ，但二者的化學活潑性相差很大。試簡要給予解釋 。 5. 計算題5.01 分別計算一個氫原子和1 mol 氫原子的電離能。5.02 通過查表計算1.00g氣態Cl原子完全轉化為氣態Cl-離子所釋放出的能量。5.03 試計算He+, Li2+的電離能。5.04 按斯萊脫規則計算K，Cu，I的最外層電子感受到的有效核電荷及相應能級 的能量。5.05 通過近似計算說明，12號、16號、25號元素的原子中，4s和3d哪一個能 級的能量高？5.06 已知微觀粒子的德布羅意關系式 ： （h 6.6261034 kgm2s1 ，亞佛伽德羅常數為 6.021023 ， 粒子相對原子質量為 4.0 ）若一個 粒子以 1.50107ms1 速率運動時，計算其波長（m）。 5.07 玻爾理論給出了氫原子不同軌道上電子的能量計算公式：E 2.181018 (J)，已知微觀粒子的德布羅意關系式 ： （h 6.6261034 kgm2s1 ，光速c 3.00108 ms1）。試計算氫原子從 n 5能級躍遷到 n 2能級時所產生光子的能量（J）和波長（n m）各是多少？ 5.08 玻爾理論給出了氫原子不同軌道上電子的能量計算公式： E e V（Z1）。若從 Li 表面釋放出一個電子所需要的能量是 2.37 ev ，如果用氫原子中電子從n 2能級躍遷到n 1能級時所輻射出的光照射鋰時，電子將有的最大動能是多少？電子是否可以釋放出來？ 5.09 根據下列數據，計算 F 的電子親合能： rHm /( kJmol1) Al (s) Al (g) 326 Al (g) Al3(g) 3 e 5138 F2 (g) 2 F (g) 160 Al (s) (3 / 2) F2 (g) AlF3 (s) 1310 Al3(g) 3 F(g) AlF3 (s) 5964 5.10 已知多電子原子的一個電子能量計算可用如下公式：E eV 斯萊脫（Slater）規則指出：同層電子的0.35（對于1 s 軌道電子 ，則0.30）；若被屏蔽的電子為 n s 或 n p 時 ，則（n1）層電子的 0.85 ，更內層電子的1.00 。 根據上述關系計算鋰原子（Z3）的第一電離能。 自測練習題答案1. 是非題1.01（） 1.02（） 1.03（） 1.04（） 1.05（） 1.06（） 1.07（） 1.08（） 1.09（） 1.10（） 1.11（） 1.12（） 1.13（） 1.14（） 1.15（）2. 選擇題2.01 （A） 2.02 （D） 2.03 （A） 2.04 （C） 2.05 （D） 2.06 （B） 2.07 （A） 2.08 （C） 2.09 （A） 2.10 （C） 2.11 （A） 2.12 （B） 2.13 （C） 2.14 （B） 2.15 （C） 2.16 （C） 2.17 （D） 2.18 （A） 2.19 （C） 2.20 （D）3. 填空題 3.01 核外電子運動狀態，原子軌道，概率密度，概率密度。 3.02 球殼，幾率，幾率密度，球殼總體積，幾率，球殼總體積，幾率密度，幾率。 3.03 n = 3，l = 2，m = 0，1，2中任意3個，ms = +1/2或-1/2 ， 1s22s22p63s23p63d54s1，四，6，鉻，Cr。 3.04 5d106s1，3s23p63d1。 3.05 原子序數，電子層結構周期性，4s3d4p，6s4f5d6p。 3.06 1，2，0，3，4。 3.07 8，3，活潑，M2O3。 3.08 3d54s1，3dxy，3dxz，3dyz， 3.09 4個區；s區：ns1-2，p區：ns2np1-6，d區：(n-1)d1-10ns1-2， f區：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2 3.10 用以表達原子特征的參數，原子核電荷數，相對原子質量，原子半徑，電 離能，電子親合能，電負性。4. 簡答題 4.01 氫原子只有一個電子，沒有屏蔽效應 ，也無穿透效應 ，軌道能量只決定于主量子數n 。氯原子是多電子原子 ，存在屏蔽效應和穿透效應 ，造成同主層不同亞層的能級分裂 。電子在3 s 和 3 p 軌道上受到其它電子的屏蔽作用不同 ，它們的穿透能力也不同 ，造成在不同亞層軌道上的能量不同 。所以在多電子原子中 ，軌道能量不僅與主量子數n有關 ，還與副量子數l有關 。4.02 將氫原子核外電子從基態激發到 2 s 或 2 p 軌道所需要的能量無差別 ，因為氫原子是單電子原子 ，軌道能量只決定于主量子數n ，所以E2sE2p 。但氦原子屬于多電子原子 ，軌道能量不僅與主量子數n有關 ，還與副量子數l有關 ，E2s Be Al Mg 。其中Be和Al電負性相近 ，是由于半徑的增大抵消了有效核電荷增大的影響 ，這就是所謂“對角線規則”的表現。4.05 V5 3 s 2 3 p 6 ，未成對電子數為0 。 Cr4 3 d 2 ，未成對電子數為2 。 Ag2 4 d 9 ，未成對電子數為1 。 Sn4 4 d 10 ，未成對電子數為0 。 CrO2 適合做錄音帶磁粉原料 ，因為它的未成對電子數較多 ，磁性較大。4.06 主量子數 n ：物理意義 表征原子軌道幾率最大區域離核的遠近及能量的高低 。 可取數值 n 1，2，3，4，5，6，7 (非零的任意正整數) 角量子數 l ：物理意義 表征原子軌道的形狀及能量的高低 。 可取數值 l 0，1，2，3，4 (n 1) 磁量子數 m ：物理意義 表征原子軌道在空間的伸展方向 。 可取數值 m 0，1，2， l 自旋量子數 ms ：物理意義 表征電子自旋的兩種不同方式 。 可取數值 ms 1/2 4.07 因為原子軌道的電子處于半充滿和全充滿情況時比較穩定 ，則電離能會偏高 。N的外圍電子構型為2 s 2 2 p 3 ，p軌道處于半滿的穩定狀態 。 K的外圍電子構型為4 s 1 ，當失去一個電子后就減少了一個電子層 ，核對外層電子的吸引力急劇增大 ，所以第二電離能比第一電離能大許多 。而Ca的外圍電子構型為4 s 2 ，失去一個電子后并未減少電子層 ，所以第二電離能比第一電離能大不多 。 Cl的外圍電子構型為3 s 2 3 p 5 ，Mn的外圍電子構型為3 d 5 4 s 2 。Cl的最外層電子達7個 ，已接近8電子的穩定狀態 ，所以具有強烈的獲得一個電子的傾向 ，非金屬性很強 。而Mn的原子半徑較大 ，最外層只有兩個電子 ，所以失去電子的傾向較大 ，具有較強的金屬性 。4.08 3 s 是表示第三電子層上的s 軌道 ，即n3 ，l 0 ，m0 的原子軌道 ，由n ，l ， m 三個量子數來確定 。 3 s 1 則表示表示第三電子層上s 軌道上的一個電子 ，即n3 ，l 0 ，m0 ，ms (或 ) 的一個電子運動狀態 ，需要用n ，l ，m ，ms四個量子數來確定 。 4.09 元素的原子在化合物分子中把電子吸引向自己的能力稱為元素的電負性 。 雖然元素的電負性數據不夠嚴密 ，不宜作定量計算 ，僅供粗略定性估計 。電負性主要有如下三方面的應用 ： 比較元素的金屬性與非金屬性相對大小 電負性越小 ，金屬性越強 ；電負性越大 ，非金屬性越強 。在周期表中右上角的F電負性最大 ，非金屬性最強 ；左下角的Cs電負性最小 ，金屬性最強 。 估計化學鍵的類型 目前有兩個經驗的公式作判斷 ，因此有兩個分界的數據 。 鮑林判據 當兩個元素的電負性差1.7 ，則它們之間所形成的化學鍵為離子鍵(準確說是健的離子性百分數51) ，反之 ，則形成共價鍵 。 漢納斯邁思判據 當兩個元素的電負性差2.1 ，則它們之間所形成的化學鍵為離子鍵 ，反之 ，則形成共價鍵 。 判斷共價鍵極性的相對大小 成鍵兩元素的電負性差越大 ，則共價鍵的極性也越大 。如HF的極性就大于HCl的極性 。4.10 鉀的電子構型為 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 1 ，其外圍電子構型為 4 s 1 。而銅的電子構型為1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 4 s 1 ，其外圍電子構型為3 d 10 4 s 1 ?？梢妰烧咦钔怆娮訉訕嬓投际? s1 ，但次外層電子構型不同 ，銅比鉀多了10個d電子 。由于銅比鉀新增了10個核電荷 ，但新增的d電子不能完全屏蔽這10個核電荷 ，所以銅的最外層電子受到的有效核電荷比鉀的大得多 。失去電子比鉀要難得多 ，故銅的化學活潑性比鉀差得多 。5. 計算題 5.01 應用里德堡公式算得，代入E = h計算。2.17910-18 J，1312 kJmol-1。5.02 Cl原子的電子親合能為3.7 eV原子，l eV = 1.60210-19 J，10 kJmol-1。 5.03 5249.06 kJmol-1，11809.2 kJmol-