大学无机化学第五章试题及答案

⑶最不易吸收电子的元素是

⑷第四周期的第六个元素电子构型是 ⑸第Ⅰ电离势能最大的元素是 ⑹第Ⅰ电子亲核势能最大的元素是

⑺第2、3、4周期原子中P轨道半充满的元素是 ⑻3d半充满和全充满的元素分别是 和 ⑼电负性相差最近的元素是 ⑽电负性相差最大的元素是

14.根据现代结构理论，核外电子的运动状态可用 来描述，它在习惯上被称为 ；︱? ︳2表示 ，它的形象化表示是 。(《无机化学例题与习题》吉大版)

15.非放射性元素中，单电子数最多的元素单电子数为 ，它在周期表中位于第 周期，第 族。(《无机化学例题与习题》吉大版)

三 问答题

1.原子轨道、几率密度和电子云等概念有何联系和区别？

2.根据钾、钙的电离势数据，从电子构型说明在化学反应过程中，钾表现+1价，钙表现+2价的原因？

3.写出下列元素的符号、名称、价电子构型和惰性气体在周期表中的分区。(《无机化学例题与习题》吉大版)

A. 第四周期的惰性气体 B. 第四周期的ⅣB族元素 C. 5p电子半充满的元素

4.K和Ca中的4s能量和3d能量哪个低？（试用斯莱特经验公式求算E值）电子排布式应是什么？

5.回答下列问题：

⑴写出原子序数为32的元素的核外电子排布、元素符号、元素名称以及此元素在周期表中的位置。

⑵试用四个量子数分别表示这个元素原子最外层各价电子的核外运动状态： 最外层各价电子 n l m ms ⑶分别画出此元素原子最外层Px电子的轨道角度分布图及电子云径向分布图。

6.符号d、3dz2和3d1各代表什么意义？

6

7.原子核外电子的运动有什么特性？

8.什么叫屏蔽效应？什么叫钻穿效应？如何解释下列轨道能量的差别？(《无机化学例题与习题》吉大版) （1）E1s＜E2s＜ E3s ＜E4s （2）E3s＜ E3p＜E3d （3）E4s＜E3d

9.说明下列事实的原因：

（1）元素最外层电子数不超过8个； （2）元素次外层电子数不超过18个；

（3）各周期所包含的元素数分别为2、8、8、18、18、32个。

10.下列术语的含义是什么？电离势、电子亲合势、电负性。它们和元素周期律有什么样的关系？

11.在第四周期的A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1、2、2、7，其原子序数按A、B、C、D依次增大。已知A和B的次外层电子数为8，而C与D为18，根据原子结构判断： （1）哪些是金属元素；

（2）D与A的简单离子是什么？ （3）哪一元素的氢氧化物碱性最强？

（4）B与D两原子间能形成何种化合物？写出化学式。

参考答案

一 选择题

1. A 2. D 3.C 4. A 5. C 6. D 7. D 8.B 9. A 10.C 11.D 12. C 13.C 14. B 15.D 16.D 17. D 18.D 19.C 20.B 21.D 22.B 23.C 24.D 25.C

二 填空题 1.4，1，3，6

2.核外电子空间运动状态；原子轨道；电子在核外空间出现的几率密度；波函数

?的形象化表示

3.Fr,F,五Tc

7

2

4.[18]3d64s2；[78]6s26p3

5.As,Cr和Mn,K,Cr和Cu,Ti

6.3d54s1;3dxy,3dxz,3dyz,3dz2,3dx2y2

7.荷电核数；最外层的电子数由1~8呈现周期性；第Ⅳ；第Ⅵ；

8.s,s轨道能量降低，造成能级交错。

9.1s22s22p63s23p63d104s24p3;

n: 4 4 4 4 4 l: 0 0 1 1 1 m: 0 0 0 –1 +1 ms: +1/2 –1/2 +1/2 +1/2 +1/2 +5; P区； As2O3； 砒霜

10.57，71，15；11，镧系收缩，使第二过度元素和第三过度元素原子半径相近。

11.镧系收缩

12. W 5d46s2 Nb 4d45s1 Ru 4d75s1 Rh 4d85s1 Pd 4d105s0 Pt 5d96s1

13.⑴Cs ⑵F ⑶Fr ⑷ 1s22s22p63s23p64d54s1 ⑸He ⑹Cl ⑺ N,P,As ⑻ Cr, Mn ; Cu, Zn ⑼ Ce和Pr ,Pr和Nd, Dy和 Ho,Ho和Er.Er和Tm; ⑽ F和Cs

14.波函数?，原子轨道；概率密度，电子云

15.8，六，ⅢB

三 问答题

1.答: 波函数(?)是描写原子核外电子运动状态的数学函数式,可以粗略地把?看成是在X,Y,Z三维空间里能找到该核电子运动的一个区域,借用”轨道”这个词称为轨道,所以原子轨道是?的同义词；几率密度是描写电子在核外空间某处单位体积内出现的多少,可由该电子原子轨道的波函数?的绝对值的平方?2来确定。电子云是电子在核外运动时,把它在空间各处出现的几率密度的大小画成图形,这种图形叫电子云,是几率密度的形象描述。原子轨道,几率密度和电子云都是描述电子运动的基本概念,它们既是不同的概念,但又有密切的联系。在物理意义上,波函数是描写核外电子空间运动状态的数学函数式,而电子云则是电子在核外空间出现的几率分布的形象化描述。从它们的角度分布图看,形状相似,但略有不同,电子云的角度分布图比相应原子轨道波函数的角度分布图

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要稍”瘦”点,而原子轨道波函数的角度分布图有正、负号；而电子云都是正值。

2.答: 查出钾,钙的电离势数据如下

K: Ⅰ1=6.954×10-19J, Ⅰ2=50.663×10-19J, Ⅰ3=73.243×10-19J Ca: Ⅰ1=6.793×10-19 J , Ⅰ2=19.017 ×10-19J, Ⅰ3=81.555×10-19J 由电离势数据可知,钾的Ⅰ2是Ⅰ1的7倍多, Ⅰ3是Ⅰ1的10倍多,因此钾易失去1个电子,在化学反应中表现为+1价。K+离子类似于惰性气体[Kr]的稳定结构,所以K+是稳定的。钙的Ⅰ1,Ⅰ2差别不大,而Ⅰ3是Ⅰ1的8倍多,因此钙易失去2个电子,在化学反应中表现为+2价,Ca2+离子也是类似于惰性气体[Kr]的结构,所以Ca2+离子是稳定的。

3.答: A是36号元素氪[Kr]属于P区,价电子构型为:4s24p6;B是22号元素钛[Ti],属于d区,价电子构型为:3d24s2;C是51号元素锑[Sb],属于P区,价电子构型为:5s25p3

4.答：计算基态钾原子的4s和3d的能量（根据斯莱特规则）：

?3d=10×1.0+8×0.35=12.80， ?4S=10×1.0+8×0.85=16.80，

(19?12.80)2E3d= -13.6×= -1.51eV

32(19?16.80)2E4s= -13.6×= -4.11eV 24∴E3d＞E4s

(20?18.00)2同理，对于基态钙原子：E3d=13.6×= -6.04eV

32(20?17.15)2E4s= -13.6×= -6.90eV 24∴E3d＞E4s

所以，K和Ca的4s能量都比3d能量低，它们的电子排布分别为： K：1s22s22p63S23p64s1 Ca： 1s22s22p63s23p64s2

5.答：（1）核外电子排布为：1s22s22p63s23p63d104s24p2；元素符号为：Ge；元素名称为锗； 它属于第四周期ⅣA族。 （2） n l m ms 4s2 4 0 0 1/2

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4p2 y-+4 4 4 0 1 1 Dr/nm-10 +1，-1,0 0，+1,-1 -1/2 +1/2，-1/2 +1/2，-1/2 Xr/nm (3)

6.答：d是原子轨道的符号，表示l=2的电子运动状态。

3dz2表示n=3、l=2、m=0的电子空间运动状态。它在z轴方向上电子云密度最大。

3d1代表第三电子层（n=3）的d（l=2）原子轨道上有一个电子。该电子处于n=3、l=2、m=0、±1或±2、ms=+1/2或-1/2的电子运动状态。

7.答：原子核外电子的运动具有波粒二象性，不能同时准确测定其位置和速度（即测不准关系）因而它的运动不遵循经典力学的规律。没有经典式的轨道，而是服从量子力学的规律，需要统计规律来描述。

8.答：其他电子的屏蔽作用对某个选定电子产生的效果叫做屏蔽效应；

由于电子的角量子数l不同，其几率的径向分布不同，电子钻到核附近的几率较大者受到核的吸引作用较大，因而能量不同的现象称为电子的钻穿效应。 （1）当n不同，l相同时，n越大，电子离核的平均距离越远，所以原子中其它电子对它的屏蔽作用则较大，即σ值越大，能量就越高。故E1s＜E2s＜ E3s ＜E4s。

（2）当n相同，l不同时，l越小，电子的钻穿效应越大，电子钻的越深受核吸引力越强，其它电子对它的屏蔽作用就越小，其能量就越低。故E3s＜ E3p＜E3d。 （3）在多电子原子中电子在4s轨道比3s轨道钻穿效应大，可以更好地回避其它电子的屏蔽。4s轨道虽然主量子数比3d多1，但角量子数少2，其钻穿效应增大对轨道能量的降低作用超过了主量子数大对轨道能量的升高作用。因此 E4s＜E3d。

9答：（1）当元素最外层电子数超过8时，电子需要填充在最外层的d轨道上，但由于钻穿效应的影响，Ens＜E（n-1）d，故填充d轨道之前必须先填充更外层的s轨道，而填充更外层s轨道，则增加了一个新电子层，原来的d电子层变成了次外层，故最外层电子数不超过8个。

（2）当次外层电子数要超过18时，必须填充f轨道，但在多电子原子中，由于Ens＜E（n-2）f，在填充f轨道前，必须先填充比次外层还多两层的s轨道，这样就又增加了一个新电子层，原来的次外层变成了倒数第三层。因此任何原子的次外层电子数不超过18个。

（3）各周期所容纳元素的数目，是由相应能级组中原子轨道所能容纳的电子总数决定的。如第一能级组，只有1s轨道可容纳2个电子，所以第一周期有2个

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元素，同理，第二、三、四、五、六周期中分别有8、8、18、18、32个元素。

10.答：处于基态的气态原子生成+1价气态阳离子所需要的能量称为第一电离势。从+1价气态阳离子失去第二个电子，成为+2价气态阳离子时所需要的能量为第二电离势，依次类推。

同一周期中的元素随着核电荷数的增加，原子半径逐渐减小，电离势逐渐增大，稀有气体的电离势最大；同一族中的元素随着核电荷数的增大，原子半径增大，电离势逐渐减小。

处于基态的气态原子获得一个电子成为负一价气态阴离子时，所放出的能量叫做电子亲合势。

根据现有数据可以看出，活泼的非金属一般具有较高的电子亲合势，金属元素的电子亲合势都比较小，然而最大的电子亲合势不是出现在每族的第二周期的元素，而是第三周期以下的元素，这是由于：第二周期的非金属元素（F、O等） 因原子半径小，电子密度大，电子间排斥力大，以致于当加合一个电子形成负离子时，放出的能量减小。

元素的原子在分子中吸引电子的能力叫做电负性。 同周期元素从左到右，电负性随着原子序数增加逐渐变大；同族元素从上到下，随着原子半径的增加而减小。电负性最高的是氟（3.98），电负性最低的是铯。

11.答：根据已知条件推知：A为K元素；B为Ca元素；C为Zn元素；D为Br元素。

（1）其中K、Ca、Zn为金属元素。 （2）D与A的简单离子为Br-和K+。 （3）KOH碱性最强。

（4）B与D两原子间能形成溴化钙，化学式为CaBr2。

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