大连理工无机化学第八章原子结构
大连理工大学无机化学教研室《无机化学》笔记和课后习题(含考研真题)详解(原子结构)【圣才出品】
第8章 原子结构8.1 复习笔记一、氢原子光谱与Bohr 理论 1．氢原子光谱（1）线状光谱：元素的原子辐射所产生的具有一定频率的、离散的特征谱线。
（2）氢原子光谱特征：①线状光谱；②频率具有规律性。
（3）氢原子光谱的频率公式1512212113.28910()s v n n -=⨯- 【注意】n 2＞n 1，且均为正整数，n 1＝2时，n 2＝3，4，5，6。
2．Bohr 理论Bohr 理论（三点假设）：（1）定态假设：核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上稳定运行，且不辐射能量； （2）跃迁规则：①基态→激发态：电子处在离核最近、能量最低的轨道上（基态）；原子获得能量后，基态电子被激发到高能量轨道上（激发态）；②激发态→基态：不稳定的激发态电子回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。
光能与轨道能级能量的关系式为 h ν＝E 2－E 1＝ΔE氢原子能级图如图8-1-1所示。
图8-1-1 氢原子光谱中的频率与氢原子能级能级间能量差为H 221211()E R n n ∆=-式中，R H 为Rydberg常数，其值为2.179×10－18J 。
n 1＝1，n 2＝∞时，ΔE ＝2.179×10－18J ，为氢原子的电离能。
二、微观粒子运动的基本特征 1．微观粒子的波粒二象性定义：具有粒子性和波动性的微观粒子。
微观粒子的波长为h hmv pλ==式中，m 为实物粒子的质量；v 为粒子的运动速度；p 为动量。
2．不确定原理Heisenberg 不确定原理：处于运动状态的微观粒子的动量和位置不能同时确定。
表示为4hx p π∆⋅∆≥式中，Δx 为微观粒子位置的测量偏差；Δp 为微观粒子的动量偏差。
【注意】波动性是大量粒子运动或一个粒子多次重复运动所表现出来的性质。
三、氢原子结构的量子力学描述 1．薛定谔方程与量子数 （1）薛定谔方程()2222222280mE V x y z hψψψπψ∂∂∂+++-=∂∂∂ 式中，ψ为量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，即原子轨道；E 为轨道能量（动能与势能总和）；V 为势能；m 为微粒质量；h 为普朗克常数；x ，y ，z 为微粒的空间坐标。
大连理工大学无机化学教研室《无机化学》(第5版)(复习笔记 原子结构)
8.1 复习笔记一、氢原子光谱与Bohr 理论1．氢原子光谱氢原子光谱是人们认识原子结构的实验基础，原子光谱是线状光谱。
每种元素的原子辐射都具有由一定频率成分构成的特征光谱，是一条条离散的谱线，称为线状光谱。
每一种元素都有各自不同的原子光谱。
氢原子光谱的频率的经验公式：，n=3，4，5，615122113.28910()s 2v n-=⨯-2．Bohr 理论Bohr 理论（三点假设）：（1）核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量；（2）通常，电子处在离核最近的轨道上，能量最低——基态；原子获得能量后，电子被激发到高能量轨道上，原子处于激发态；（3）从激发态回到基态释放光能，光的频率取决于轨道间的能量差。
氢原子光谱中各能级间的能量关系式为：21h E E ν=-氢原子能级图如图8-1所示。
图8-1能级间能量差为H 221211(E R n n ∆=-式中，R H 为Rydberg 常数，其值为2.179×10-18 J 。
当时，，即氢原子的电离能。
121n n ==∞或182.17910J E -∆=⨯二、微观粒子运动的基本特征1．波粒二象性微观粒子具有粒子和光的特性，即具有波粒二象性。
微观粒子的波长为：hhmv pλ==式中，m 为实物粒子的质量；v 为粒子的运动速度；p 为动量。
2．不确定原理Heisenberg 不确定原理：2hx p π∆⋅∆≥式中，Δx 为微观粒子位置的测量偏差；Δp 为微观粒子的动量偏差。
微观粒子的运动不遵循经典力学的规律。
微观粒子的波动性是大量微粒运动表现出来的性质，即具有统计意义的概率波。
三、氢原子结构的量子力学描述1．薛定谔方程与波函数式中，ψ为量子力学中描述核外电子在空间运动的数学函数式，即原子轨道；E 为轨道能量（动能与势能总和）；V 为势能；m 为微粒质量；h 为普朗克常数；x ，y ，z 为微粒的空间坐标。
2．量子数主量子数n ：n =1，2，3…正整数，它决定电子离核的远近和能级。
大连理工大学2024年硕士招生考试自命题科目考试大纲 630 无机化学及无机化学实验
大连理工大学2024年硕士研究生入学考试大纲科目代码：630 科目名称：无机化学及无机化学实验具体复习大纲如下：一、气体和溶液1、理想气体的概念、理想气体状态方程、理想气体状态方程的应用.2、混合气体中组分气体、分压的概念，分压定律、分体积定律.3、真实气体与理想气体的差别.4、液体的蒸发及饱和蒸汽压.5、稀溶液的依数性.二、热化学1、系统、环境、相、热、功、热力学能和焓等概念.2、热力学第一定律.3、热化学方程式、化学反应的标准摩尔焓变（Δr H mӨ）.4、物质的标准摩尔生成焓（Δf H mӨ）、物质的标准摩尔燃烧焓（Δc H mӨ）.5、Hess定律及有关计算.三、化学反应速率1、化学反应速率、（基）元反应、复合反应等概念.2、反应速率方程、速率系数、反应级数的确定.3、活化分子、活化能等概念、阿伦尼乌斯方程.4、用碰撞理论和活化络合物理论说明浓度、温度和催化剂对反应速率的影响.四、化学平衡熵和Gibbs函数1、化学平衡、标准平衡常数、平衡组成的计算、多重平衡规则.2、反应商判据、Le Chaterlier原理.3、浓度、压力、温度对化学平衡移动的影响及相关计算.4、熵的概念、吉布斯函数的概念，物质的标准摩尔熵S mӨ、物质的标准摩尔生成Gibbs函数、反应的Δr S mӨ和Δr G mӨ的简单计算，Δr G mӨ与Δr H mӨ和Δr S mӨ的关系、Δr G mӨ与KӨ的关系.5、介绍反应的Δr G m，用Δr G m和Δr G mӨ判断反应进行的方向和程度.五、酸碱平衡1、酸碱质子理论、水的解离平衡、水的离子积常数、常见酸碱指示剂的变色范围.2、强酸、强碱溶液有关离子浓度和pH的计算.3、一元（多元）弱酸（碱）的解离平衡、解离常数和平衡组成的计算.4、一元弱酸强碱盐和一元强酸弱碱盐的水解平衡、水解常数和平衡组成的计算.5、多元弱酸强碱盐的分步水解及其平衡组成的计算、酸式盐溶液pH的近似计算.6、同离子效应、缓冲溶液、缓冲能力、缓冲溶液pH的计算.7、酸碱电子理论、配合物的基本概念、配合物的命名、配合物的不稳定常数和稳定常数、配体过量时配位平衡组成的计算、酸碱反应与配合反应共存时溶液平衡组成的计算.六、沉淀-溶解平衡1、难溶电解质的沉淀-溶解平衡、标准溶度积常数、标准溶度积常数与溶解度之间的关系和有关计算.2、溶度积规则、用溶度积规则判断沉淀的生成和溶解.3、pH对难溶金属氢氧化物沉淀-溶解平衡的影响及有关计算、沉淀的配位溶解及其简单计算.4、分步沉淀和两种沉淀间的转化及有关计算.七、氧化还原反应电化学基础1、氧化还原反应的基本概念、氧化反应方程式的配平.2、原电池的基本概念、电池电动势的概念.3、电极电势的概念及其影响因素、Nernst方程式及其相关计算、电极电势的应用.4、元素电势图及其应用.八、原子结构和元素周期律1、氢原子光谱、Bohr原子结构理论、电子的波粒二象性、量子化和能级、原子轨道、概率密度、概率、电子云.2、四个量子数的名称、符号、取值和意义.3、s、p、d原子轨道与电子云的形状和空间伸展方向.4、多电子原子轨道能级图和核外电子排布的规律、写出常见元素原子的核外电子排布、根据核外电子排布确定它们在周期表中的位置.5、周期表中元素的分区、结构特征.6、原子半径、电离能、电子亲和能和电负性的变化规律.九、分子结构1、化学键的分类、共价键价键理论的基本要点、共价键的特征和类型.2、杂化轨道理论的概念和类型、用杂化轨道理论解释简单分子和离子的几何构型.3、价层电子对互斥理论的要点、用价层电子对互斥理论推测简单分子或离子的几何构型.4、分子轨道的概念、第二周期同核双原子分子的能级图、电子在分子轨道中的分布、推测第二周期同核双原子分子（离子）的磁性和稳定性（键级）.5、键级、键能、键长、键角等概念.十、晶体结构1、晶体的类型、特征和组成晶体的微粒间的作用力.2、金属晶体的三种密堆积结构及其特征、金属键的形成和特征.3、三种典型离子晶体的结构特征、晶格能的概念、离子电荷和半径对晶格能的影响、晶格能对离子化合物熔点、硬度的影响、晶格能的热化学计算方法.4、离子极化及其对键型、晶格类型、溶解度、熔点、颜色的影响.5、键的极性和分子的极性、分子的偶极矩和变形性及其变化规律、分子间力的产生及其对物质性质的影响.6、氢键形成的条件、特点及对物质某些性质的影响.7、过渡性晶体结构（如：层状晶体）.十一、配合物结构1、配合物价键理论的基本要点、配合物的几何构型与中心离子杂化轨道的关系、内轨型和外轨型配合物的概念、中心离子价电子排布与配离子稳定性和磁性的关系.2、配合物晶体场理论的基本要点、八面体场中d电子的分布、高自旋和低自旋配合物、推测配合物的稳定性和磁性、配合物的颜色与d-d跃迁的关系.十二、s区元素1、碱金属和碱土金属的通性、单质的重要物理性质和化学性质.2、碱金属和碱土金属的重要氢化物、氧化物、过氧化物、超氧化物的生成和基本性质.3、碱金属和碱土金属氢氧化物碱性强弱的变化规律、重要盐类的溶解性和稳定性.4、锂和铍的特殊性、对角线规则.十三、p区元素（一）1、硼族元素的通性、缺电子原子和缺电子化合物的概念、乙硼烷的结构和重要性质、硼酸的晶体结构和性质、硼砂的结构和性质、硼的卤化物的结构和水解.2、铝及其重要化合物的性质.3、碳族元素的通性、碳单质的结构、碳的氧化物、碳酸及其盐的重要性质、用离子极化理论说明碳酸盐的热稳定性.4、硅单质、硅的氢化物、硅的氧化物、硅酸及其盐的重要性质.5、硅的卤化物的结构和水解.6、锡和铅的氧化物和氢氧化物的酸碱性及其变化规律、Sn(Ⅱ)的还原性、Pb(Ⅳ)的氧化性、锡和铅硫化物的颜色、生成和溶解性.十四、p区元素（二）1、氮族元素的通性、氮分子的结构和特殊稳定性、铵盐的性质、氮的氧化物的结构、硝酸的结构和性质、硝酸盐和亚硝酸盐的性质.2、磷的单质、氢化物、氧化物、卤化物的结构和性质.3、磷酸及其盐的性质、亚磷酸、次磷酸、焦磷酸、聚磷酸、聚偏磷酸的结构和性质.4、砷、锑、铋氧化物及其水合物的酸碱性及其变化规律.5、砷、锑、铋化合物氧化还原性的变化规律和重要反应.6、砷、锑、铋硫化物的颜色、生成和溶解性及砷、锑的硫代酸盐.7、氧族元素的通性、氧单质的结构和性质、过氧化氢的结构和性质及其重要反应.8、硫单质的结构和性质、硫化氢的性质、金属硫化物的溶解性、多硫化物的性质、二氧化硫和三氧化硫的结构、亚硫酸及其盐的性质、硫酸及其盐的性质、硫代硫酸盐的结构和性质、过二硫酸盐的结构和性质、焦硫酸盐和连二亚硫酸盐的性质.十五、p区元素（三）1、卤素的通性、卤素单质的制备和性质、卤化氢的制备及其性质（还原性、酸性、稳定性）的变化规律、氯的含氧酸及其盐的性质及其变化规律、溴和碘的含氧酸的基本性质.2、稀有气体的重要性质及其变化规律、稀有气体化合物及其几何构型.3、p区元素的氢化物、氧化物及其水合物性质的递变规律.4、p区元素化合物的氧化还原性递变规律、p区元素含氧酸盐的热稳定性递变规律.十六、d区元素（一）1、过渡元素的原子结构特征和通性.2、钛单质的性质和用途.3、铬单质的性质、Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)化合物的酸碱性和氧化还原性及其相互转化，杂多酸盐磷钼酸铵.4、Mn(Ⅱ)、Mn(Ⅳ)、Mn(Ⅵ)、Mn(Ⅶ)重要化合物的性质.5、Fe(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)重要化合物的性质及其变化规律.6、Fe(Ⅲ)、Co(Ⅲ)、Ni(Ⅲ)重要化合物的性质及其变化规律.7、铁、钴、镍的重要配合物.十七、d区元素（二）1、铜族元素的通性.2、铜的氧化物、氢氧化物、重要铜盐的性质.3、Cu(Ⅰ)和Cu(Ⅱ)相互转化、铜的重要配合物、水溶液中Cu2+的重要反应.4、银的氧化物和氢氧化物的性质、银的重要配合物、水溶液中Ag+的重要反应.5、锌族元素的通性、氢氧化锌的性质、水溶液中Zn2+的重要反应、锌的重要配合物.6、镉的重要化合物的性质.7、汞的重要化合物的性质、Hg(Ⅰ)和Hg(Ⅱ)间的相互转化、水溶液中Hg2+和Hg22+的重要反应.十八、无机化学实验1.实验基本操作：加热、洗涤、过滤等无机化学实验操作。
无机化学知识点摘要(一)大连理工大学第五版
第一章气体1、气体具有两个基本特性：扩散性和可压缩性。
主要表现在：(1)气体没有固定的体积和形状。
(2)不同的气体能以任意比例相互均匀地混合。
(3)气体是最容易被压缩的一种聚集状态。
气体的密度比液体和固体的密度小很多。
2、理想气态方程：pV=nRT，其中p、V、T分别为一定量气体的体积、压力和热力学温度。
R为摩尔气体常数。
在国际单位制中，p以Pa、V以m3、T以K为单位，则R=8.314J·mol-1·K-1。
3、理想气体是一种假想的模型，它忽略了气体本身的体积和分子之间的相互作用。
对于真实气体，只有在低压高温下，分子间作用力比较小，分子间平均距离比较大，分子自身的体积与气体体积相比，完全微不足道，才能把它近似地看成理想气体。
4、理想气体混合物：当两种或两种以上的气体在同一容器中混合时，相互间不发生化学反应，分子本身的体积和它们相互间的作用力都可以忽略不计，这就是理想气体混合物。
其中每一种气体都称为该混合气体的组分气体。
5、混合气体中某组分气体对器壁所施加的压力叫做该组分气体的分压。
对于理想气体来说，某组分气体的分压力等于在相同温度下该组分气体单独占有与混合气体相同体积时所产生的压力。
6、Dalton分压定律：混合气体的总压等于混合气体中各组分气体的分压之和。
7、Amage分体积定律：混合气体中组分B的分体积V B是该组分单独存在并具有与混合气体相同温度和压力时占有的体积。
8、气体分子动理论的基本要点：(1)气体是由分子组成的，分子是很小的粒子，彼此间的距离比分子的直径大许多，分子体积与气体体积相比可以略而不计。
(2)气体分子以不同的速度在各个方向上处于永恒地无规则运动之中。
(3)除了在相互碰撞时，气体分子间相互作用是很弱的，甚至是可以忽略的。
(4)气体分子相互碰撞或对器壁的碰撞都是弹性碰撞。
碰撞时总动能保持不变，没有能量损失。
(5)分子的平均动能与热力学温度成正比。
9、气体的压力是由气体分子对器壁的弹性碰撞而产生的，是“分子群”对器壁碰撞作用的统计平均的结果。
大连理工大学无机化学_第8章_原子结构
主 l 亚 n m 层 层 1 K 0 1s 0 2 L 0 2s 0 1 2p 0,±1 3 M 0 3s 0 1 3p 0,±1 2 3d 0,±1, ±2 4 N 0 4s 0 1 4p 0,±1 2 4d 0,±1, ±2 3 4f 0,±1, ±2, ±3
原子轨道
1s 2s 2pz,2px,2py
当 n1 1， n2 时， E 2.179 10 18 J，
这就是氢原子的电离能 。
氢原子各能级的能量：
n1 1， E1 R H n2 2， E 2 RH n3 3， E3 RH 1 1 1 2 1 3
2 2 2 2
2.179 10 5.45 10
2
Yd yz
2
Yd xz
2
原子轨道和电子云的角度分布图：
Yd 2
z
Yd
x 2 - y2
Yd2
z2
Yd
2
x 2 -y 2
小结： • 一个原子轨道可由n,l,m 3个量子数确定。 • 一个电子的运动状态必须用n,l,m,ms 4个 量子数描述。 • n：决定电子云的大小 • l：决定电子云的形状
• m：决定电子云的伸展方向
13.70 14.70 15.70 16.70 17.70
9.85 10.85 11.85 12.85 13.85 4.15 4.80 5.45 6.10 6.75
4.钻穿效应 电子进入原子内部空间，受到核的较 强的吸引作用。
钠原子的电子云径向分布图
n相同时，l愈小的电子，钻穿效应愈明显： ns＞np＞nd＞nf，Ens＜Enp＜End＜ Enf 。
180
o
cos q 1
大连理工无机化学教材配套自测试题
第八章原子结构填空题1、氢原子光谱是线状光谱这一实验事实说明了原子中电子能量的不连续性（量子化），在氢原子中电子的能级由质子数n 决定，其E3s= E3p，E3d< E4s; 在钾原子中，电子能级由量子数n,l 决定，其E4s< E3d；对钛原子，其E4s> E3d。
2、氢原子的基态1s电子在距核52.9pm附近的球壳中出现的概率最大, 这是因为距核更近时，虽然概率密度较大，但球壳体积却较小，因而概率较小; 距核更远处，虽然球壳体积较大，但概率密度却很小，因而概率也较小。
3、在Ψ2s2-r图中，r＝2a0处，Ψ2s2＝0，这类波函数为零的面称为节面, 它的存在是电子运动具有波动性的表现；这种性质由电子衍射实验所证实。
4、描述一个原子轨道要用3个量子数，其符号分别是n,l,m ；表征电子自旋的量子数是m s，其取值可为+1/2, -1/2 。
5、Pauling能级图中第六能级组中含有的原子轨道是6s,4f,5d,6p ; 能级交错可用钻穿效应来解释。
如果没有能级交错，第三周期应有18 种元素，实际上该周期只有8 种元素。
6、当n＝4时，该电子层电子的最大容量为32 个；某元素原子在n＝4的电子层上只有2个电子，在次外层l＝2的轨道中有10个电子，该元素符号是Zn ，位于周期表中第( 四)周期，第ⅡB 族，其核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s2。
7、在元素周期表中，价层电子构型为ns2np3的元素有N,P,As,Sb,Bi ，称为氮族（VA族）元素；价层电子构型为(n-1)d10ns2np6的元素有Kr,Xe,Rn ，这类元索属于稀有气体（或0族）。
8、镧系元素的价层电子构型为4f0-145d0-16s2。
锆和铪、铌和钽性质相似是由于镧系收缩造成的。
9、第118号元素原子的最外层电子构型应为7s27p6 ；镧系元素处于第五周期。
选择题1、下列叙述中正确的是…………………………………………………………(C)(A) 氢原子核外只有一个电子，也只能有一个原子轨道(B) 主量子数n＝2时，只有2s和2p这两个原子轨道(C) n＝2，l＝1，m＝0的原于轨道为2p z轨道(D) 2p轨道是哑铃形的，2p电子沿“∞”字轨道运动2、下列各组量子数中错误的是…………………………………………………( B )(A) n＝3，l=2, m=0, ms=+1/2 (B) n=2, l=2, m=-1, ms=-1/2(C) n=4, l=1, m=0, ms=-1/2 (D) n=3, l=1, m=-1, ms=-1/23、多电子原子中，以下列量子数表征的电子，其能量最高的是……………( D )(A) 2，1，-1，+1/2 (B) 2，0，0，-1/2 (C) 3，1，1，+1/2 (D) 3，2，-1，+1/24、表征3dz2轨道的量子数是……………………………………………………( B )(A) n=2，l=1, m=0 (B) n=3，l=2, m=0 (C) n=3，l=1, m=0 (D) n=4，l=2, m=15、具有下列电子构型的原子中，属于激发态的是………………………………( A )(A) 1s22s12p1 (B) ls22s22p6 (C) ls22s22p63s2 (D) ls22s22p63s23p64s16、下列原子半径大小顺序中正确的是…………………………………………( B )(A) Be＜Na＜Mg (B) Be＜Mg＜Na (C) B＜C＜N (D) I＜Br＜K7、下列元素中，第一电子亲和能最小(放热最多)的是( A ) (A)Cl (B)F (C)Na (D)K8、下列元素中，第一电离能最大的是…( C ) (A)Be (B)P (C)N (D)B9、下列各组元素电负性大小顺序中错误的是…………………………………( D )(A)F＞O＞N (B)Cl＞S＞As(C)Li＞Na＞K (D)S＞N＞C回答问题若某元素原子的最外层只有1个电子，其量子数为n=4，l=0，m=0，m s=+1/2(或-1/2)。
无机化学大连理工第五版
大连理工大学《无机化学》自测练习题第一章气体一、判断1、氨的沸点是-33℃，可将100kPa、－20℃时的氨气看作理想气体。
... ...... ...（）2、在相同温度和压力下，气体的物质的量与它的体积成反比。
... ..... ... ..........（）3、质量相同的N2和O2，在同温同压下，它们的体积比为7：8。
..... ... ..........（）4、在一定温度和压力下，混合气体中某组分的摩尔分数与体积分数不相等。
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......（）5、混合气体中，某组分气体的分体积是指与混合气体具有相同温度、相同压力时该组分气体单独存在所占有的体积。
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......................（）二、单选题1、理想气体状态方程用于真实气体的条件是. ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...............（）(A)低温、高压 (B)高温、高压 (C)低温、低压 (D)高温、低压。
2、在温度相同、容积相等的两个密闭容器中，分别充有气体A和B。
若气体A的质量为气体B的二倍，气体A的相对分子质量为气体B的0.5倍，则p(A):p(B) =.................................................................................... ............（）(A) 1/4； (B) 1/2； (C) 2； (D) 4。
3、?对下列各种烃来说，使其在充有足量氧的密闭容器中完全燃烧，生成CO2和H2O。
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p(O2)
n(O2) n
p
无
0.180133.0kPa20.0kPa
机
1.200
化
学
基 p(N2) = p－ p(NH3)－p(O2)
础
教
= (133.0－35.5－20.0) kPa
程
= 77.5 kPa
分体积：
混合气体中某一组分B的分体积VB是该 组分单独存在并具有与混合气体相同温度和
无 压力时所占有的体积。
教 程
太低、压力不太高的真实气体当做理想气体
处理。
例 1-1 ： 某 氧 气 钢 瓶 的 容 积 为 40.0L ，
27℃时氧气的压力为10.1MPa。计算钢瓶内
氧气的物质的量。
无
解：V = 40.0 L = 4.0×10-2 m3，
机 化
T = (27+273.15) K = 300.15 K
学
机 化
VB
nB RT p
学 基
Vn1RTn2RT nRT
础
p
p
p
教 程
VB V
nB n
B—称为B的体积分数
pB p
xB
VB V
B
,
pB B p
例1-3：某一煤气罐在27℃时气体的压
力为600 kPa ，经实验测得其中CO和H2的体
积分数分别为0.60和0.10。计算CO和H2的分 无 压。
机
化 学
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化学——实用的、创造性的中心科学。
无机化学——一个古老的学科。近60多年来飞跃
无 机
发展,与其他学科交叉产生许多边缘学科。
化 无机化学的前沿领域: 配位化学、金属有机化学、
大学无机化学-第八章 原子结构 课件
密度高达 1×1013 g· cm-3 （一般物质的密度只有 1×１０ ０
g· cm－３ 数量级）。 根据爱因斯坦 (Einstein)的质能联系方程可以算出，原子 核内蕴藏着异常巨大的潜能。原子正是通过其巨大质量的核
运 动 范 围 运 动 速 度 描 述 方 法
无机化学
8.2 单电子原子的结构
8.2.1 微观粒子的量子化特征
1、 普朗克的量子假说
（1）黑体辐射实验 无反射能力的物体称(绝对)黑体，黑体向四周 辐射的能量称为辐射能。按照经典理论的观点，谐 振子的能量和它的振幅平方成正比，振子的振幅是
连续变化的，因而振子的能量也是连续变化的。然
En = n E
n =1，2，3，„，正整数
能量的这种不连续性，称 ( 能量 ) 量子化，最小 能量单元称为 ( 能 ) 量子。由于它与黑体辐射的频率 成正比，相当于一个光子的能量，又称为光量子：
也就是说， 质子数相同的原子属于同种元素 。但质子数相
同的原子，中子数不一定相同，这意味着同种元素中可能 含有不同的原子。 无机化学
8.1 原子的内部组成
元素 将质子数相同的一类单核粒子统称为同一种元素， 用元素符号Ｅ表示。 核素
将质子数和中子数都相同的单核粒子称为同一种核素，
用核素符号 ZA E 表示。 式中左下标Z为质子数，左上标A为核子数(质子数与中子 数之和)，因为它近似等于原子质量的数值，故A又称为 质量数。 无机化学
最小单位作跳跃式的增减，这一物理量就是量子化 的，其变化的最小单位就叫做这一物理量的量子。
普朗克的量子假说，否定了“一切自然过程都是连续的”
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无
pV = nRT
机 化
2. 确定气体的摩尔质量
学 基
pV nRT
础 教 程
pV m RT M
n m M
M mRT pV
M = Mr gmol-1
3. 确定的气体密度
M mRT
无
pV
机
化 学 基
M RT
p
础
教 程
pM = RT
=m/V
1.1.2 气体的分压定律
组分气体：
无 机
1.1.1 理想气体状态方程
化
学
基 础
1.1.2 气体的分压定律
教
程
1.1.1 理想气体状态方程
pV = nRT
R——摩尔气体常数
无 在STP下，p =101.325 kPa, T=273.15 K
机 化
n=1.0 mol时, Vm=22.414L=22.414×10-3 m3
学 基 础
R
,
pB B p
例1-3：某一煤气罐在27℃时气体的压
力为600 kPa ，经实验测得其中CO和H2的体
积分数分别为0.60和0.10。计算CO和H2的分 无 压。
机
化 学
解：根据， pB B p
基
础
p(CO) = 0.60×600kPa = 3.6×102 kPa
程
= 77.5 kPa
分体积：
混合气体中某一组分B的分体积VB是该 组分单独存在并具有与混合气体相同温度和
无 压力时所占有的体积。
机 化
VB
nB RT p
学 基
V n1RT n2 RT nRT
础
无机化学大连理工第五版
大连理工大学《无机化学》自测练习题第一章气体一、判断1、氨的沸点是-33℃，可将100kPa、－20℃时的氨气看作理想气体。
... ...... ...（）2、在相同温度和压力下，气体的物质的量与它的体积成反比。
... ..... ... ..........（）3、质量相同的N2和O2，在同温同压下，它们的体积比为7：8。
..... ... ..........（）4、在一定温度和压力下，混合气体中某组分的摩尔分数与体积分数不相等。
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... . .. ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......（）5、混合气体中，某组分气体的分体积是指与混合气体具有相同温度、相同压力时该组分气体单独存在所占有的体积。
... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ......................（）二、单选题1、理想气体状态方程用于真实气体的条件是. ... ... ... . ... ... ... ... ... ... ...............（）(A)低温、高压 (B)高温、高压 (C)低温、低压 (D)高温、低压。
2、在温度相同、容积相等的两个密闭容器中，分别充有气体A和B。
若气体A的质量为气体B的二倍，气体A的相对分子质量为气体B的0.5倍，则p(A):p(B) =.................................................................... ............................（）(A) 1/4； (B) 1/2； (C) 2； (D) 4。
3、对下列各种烃来说，使其在充有足量氧的密闭容器中完全燃烧，生成CO2和H2O。
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（2）稀溶液的蒸气压下降 p*——纯溶剂的蒸气压 p ——溶液的蒸气压为。 实验表明 p < p*
无 机 化 学 基 础 教 程
1887年，法国化学家拉乌尔(F.M.Raoult) 研究得出经验公式：
无 机 化 学 基 础 教 程
p = p* A xA 式中： p /Pa — 难挥发非电解质稀溶液的蒸气压； p* A /Pa — 纯溶剂A的蒸气压。 xA — 溶液中溶剂A的摩尔分数。 若溶液仅由溶剂A和溶质B组成， 则：xA + xB = 1， p = p* A (1-xB)
* 相同温度下，不同液体蒸气压不同；
无 机 化 学 基 础 教 程
物质的蒸气压—— 温度关系图
1. 乙醚
2. 正己烷
3. 乙醇 4. 苯 5. 水
无 机 化 学 基 础 教 程
当液体的蒸气压等于外界大气压时，液 体沸腾，此时的温度称为该液体的沸点。 通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa 时液体的正常沸点。
p nRT V
分压的求解：
无 机 化 学 基 础 教 程
n B RT nRT pB p V V pB nB xB p n
nB pB p xB p n
x B B的摩尔分数
无 机 化 学 基 础 教 程
例1-2 ：某容器中含有 NH3、O2 、N2等气 体。其中n(NH3)=0.320mol，n(O2)=0.180mol， n(N2)=0.700mol。混合气体的总压为 133kPa。 试计算各组分气体的分压。
不同温度下水的蒸气压 t/℃ 30 40 50 60 p*/kPa 4.2423 7.3754 12.3336 19.9183 t/℃ 70 80 90 100 p*/kPa 31.1642 47.3798 70.1365 101.3247
大连理工无机化学习题答案
大连理工无机化学习题答案无机化学是化学学科的一个重要分支，对于理解物质的组成、结构和性质有着至关重要的作用。
大连理工大学的无机化学教材在众多高校中被广泛使用，其配套的习题也具有一定的难度和深度。
以下是为您提供的一份大连理工无机化学习题答案，希望能对您的学习有所帮助。
首先，让我们来看第一章的习题。
第一章主要涉及原子结构和元素周期表的相关内容。
例如，有一道习题是这样的：计算一个氢原子从 n=3 能级跃迁到n=2 能级时所释放的光子的频率。
我们知道，根据玻尔的原子模型，氢原子能级跃迁时释放或吸收的能量是由能级差决定的。
所以，先计算出能级差：ΔE ＝ E₃ E₂。
然后，根据光子能量公式 E ＝hν（其中 h 是普朗克常数，ν 是光子频率），可以得到ν ＝ΔE ／ h 。
经过计算，得出具体的频率数值。
再来看第二章，关于化学键和分子结构的习题。
比如，有这样一个问题：比较氮气（N₂）和一氧化碳（CO）分子的化学键类型和键能大小。
氮气分子中存在的是三键，而一氧化碳分子中是一个三键和一个配位键。
由于氮气分子中的键是同种原子间形成的，键能较大。
通过分析它们的电子结构和原子轨道重叠方式，可以得出详细的比较结果。
第三章的化学热力学基础部分，也有一些具有挑战性的习题。
像这样一道题：在一定温度下，反应 A ＋ B ＝ C 的焓变ΔH ＜ 0，熵变ΔS ＞0，判断该反应在该温度下的自发性。
根据热力学第二定律，当ΔG ＝ΔH TΔS ＜ 0 时，反应自发进行。
由于ΔH ＜ 0 ，ΔS ＞ 0 ，所以在温度不是极低的情况下，ΔG 一定小于 0 ，该反应是自发的。
第四章化学反应速率部分的习题，往往需要对反应速率的影响因素有深入的理解。
例如：有一个反应，增加反应物浓度，反应速率加快，而升高温度，反应速率也加快。
请解释这两种情况加快反应速率的原因。
增加反应物浓度，使得单位体积内的活化分子数增多，有效碰撞的几率增加，从而加快反应速率。
升高温度，则增加了分子的能量，更多的分子具有了达到活化能的能力，活化分子百分数增加，有效碰撞频率增大，反应速率加快。
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机 化
xB — 溶液中溶质B的摩尔分数。
学
拉乌尔定律：在一定温度下，难挥发
基 础
非电解质稀溶液的蒸气压下降与溶质的摩
教 尔分数成正比。
程
在稀溶液中：nA远大于nB，nA+nB≈ nA
无 机
xB
nB nA nB
nB nA
nB mA
MA
bBM A
化 学
∆ p = pA* xB = pA*MAbB =kbB
nNH3
n
p
0.320 133.0kPa 35.5kPa 1.200
p(O2 )
n(O2 ) n
p
无
0.180 133.0kPa 20.0kPa
机
1.200
化
学
基 p(N2) = p－ p(NH3)－p(O2)
础
教
= (133.0－35.5－20.0) kPa
程
= 77.5 kPa
分体积：
无 透膜向对方运动，净结果使溶剂进入溶液的
机 化
现象称为渗透。
学
基
半透膜：只允
础 教
许溶剂分子通过，
程 不允许溶质分子通
过的薄膜。
为使渗透现象
不发生，必须在液
面上施加一个额 无 外压力（示意图）。
机
化 为维持只允许溶剂 学 分子通过的膜所隔
基
础 开的两种溶液之间 教 的渗透平衡而需要 程 的额外压力，定义
程
T — 热力学温度，K
若水溶液的浓度很小，则cB≈bB ，
= bBRT
van’t Hoff方程说明：在一定温度下， 非电解质稀溶液的渗透压力仅取决于单位体
化 学
通常所说的沸点是指大气压为101.325kPa
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原子能级
Balmer线系
v
3.289 n2
1015 n1
(
1 n12
1 n22
)s-1
E hv
6.626
10 34 J s 3.289
1015
(Leabharlann 1 n121 n22
)s-1
2.179
10
-18
(
1 n12
1 n22 )J
E
RH
(
1 n12
1 n22
) RH：Rydberg常数，其值
为2.179×10-18J。
λ=h/mυ=h/p，
h=6.626×10-34J·s，Plank常量。
1927年， Davissson和Germer 应用Ni晶体进行电 子衍射实验，证实 电子具有波动性。
8.1.3 SchrÖdinger方程与量子数
1.SchrÖdinger方程
2Ψ x 2
2Ψ y 2
2Ψ z 2
8π 2 m h2
③从激发态回到基态释放光能，光的频率 取决于轨道间的能量差。
h E2 E1 E2 E1
h
E：轨道能量 h：Planck常数
Balmer线系
v
3.289
1015
(
1 22
1 n2
)s1
n = 3 红（Hα） n = 4 青（Hβ ） n = 5 蓝紫 （ Hγ ） n = 6 紫（Hδ ）
n, l, m 一定，轨道也确定
0
1
2
3…
轨道 s
p
d
f…
例如: n =2， l =0， m =0， 2s
n =3， l =1， m =0， 3pz n =3， l =2， m =0， 3dz2 思考题：
当n为3时, l ,m 分别可以取何值？轨道 的名称怎样?
8.1.4 氢原子的基态
1.总能量
第八章 原子结构
8.1 氢原子结构 8.2 多电子原子结构 8.3 元素周期律
8.1 氢原子结构
8.1.1 氢原子光谱与Bohr理论 8.1.2 电子的波粒二象性 8.1.3 SchrÖdinger方程与量子数 8.1.4 氢原子的基态 8.1.5 氢原子的激发态
8.1.1 氢原子光谱与Bohr理论
界面图
径向分布函数D(r)：
概率 2d
d 空间微体积
4π r2
d 4π r 2dr
概率 2 4π r 2dr
4π r 2 2
令：D(r) 4π r 2 2
试问D(r)与ψ2 的图形有何区别?
8.1.5 氢原子的激发态
1. 2s态： n=2, l=0, m=0
E2s
-
2.179 10 22
11 E RH ( n12 n22 ) 当n1 1，n2 时，E 2.179 10 18 J，
这就是氢原子的电离能。
E h
3.289
1015
1 (12
1 2
)
3.289 1015 2.179 10 18 h
可见该常数的意义是：
电离能除以 Planck常数的商。
借助于氢原子光谱的能量关系式可定 出氢原子各能级的能量：
E 2.1791018 J n2
E1s 2.1791018 J
2.波函数 Ψ r ,q , j R r Y q ,
径向部分： R r 2
1
a
3 0
e r / a0
角度部分： Y q , 1
4p
Ψ r ,q ,
1
4p
a
3 0
e
r
/
a0
径向部分
Rr 2
1 a03
e
r
/
•与电子能量有关，对于氢原子，电子能量 唯一决定于n；
E
2.179 10 18 n2
J
•不同的n值，对应于不同的电子层：
１ ２ ３ ４ ５… K L M N O…
角量子数l ： l 的取值 0，1，2，3……n－1 对应着 s, p, d, f…... (亚层) l 决定了ψ的角度函数的形状。
磁量子数m： m可取 0，±1, ±2……±l ； 其值决定了ψ角度函数的空间取向。
以2pz为例(m 0)
2pz
1 4
1 2πa03
(r a0
)e-r
/ 2a0
cosq
其中 R(r) 1 ( 1 )3/ 2 ( r )e-r / 2a0 2 6 a0 a0
Y (q ) 3 cosq
E
RH
(
1 n12
1 n22
)
E E2 E1
令n2 ，则E2 0，E1 E
当 n1
1，E1
RH
1 12
2.1791018 J
n2
2，E2
RH
1 22
5.451019 J
n3
3，E3 RH
1 32 En
2.421019
RH n2
J
J
8.1.2 电子的波粒二象性
1924年，Louis de Broglie认为：质量为 m ，运动速度为υ的粒子，相应的波长为：
-18
-0.5448
10-15 J
2s
1 8a03
(2
-
r a0
)e-r / 2a0
1 4π
1
1 (2 - r )e-r / a0
4 2π a03 a0
峰数=n－l
(a) 2s的 2 r
图及电子云
节面
(b) 2s轨道的径向 分布函数图
2. 2p态：n =2 , l =1 , m = +1,0,-1
经验公式：
v
3.289
1015
(
1 22
1 n2
)s1
n= 3,4,5,6
式中 2，n，3.289×1015各代表什么意义？
3.Bohr理论 三点假设： ①核外电子只能在有确定半径和能量的轨
道上运动,且不辐射能量； ②通常，电子处在离核最近的轨道上，能
量最低——基态；原子获得能量后，电子被 激发到高能量轨道上，原子处于激发态；
1.光和电磁辐射
红
橙
黄绿
青蓝
紫
2.氢原子光谱
Hδ Hγ 410.2 434.0 7.31 6.91
c
Hβ 486.1 6.07
Hα 656.3 4.57
/nm ( 1014 ) /s1
光速 c 2.998108 m s1
氢原子光谱特征： • 不连续光谱,即线状光谱 • 其频率具有一定的规律
E
V
Ψ
Ψ ：波函数
E：能量
V：势能 m：质量
h：Planck常数 x, y, z：空间直角坐标
2.四个量子数
① 主量子数 n
n=1, 2, 3,……
② 角量子数
l 0,1,2,...n 1
③ 磁量子数 m m l,.....0. ......,l
④ 自旋量子数 ms
1
ms
, 2
ms
1 2
主量子数n：
a0
a0 52.9pm
Bohr半径
r 0
r
R0 2
1 a03
R 0
角度部分
Y q ,j
1 4π
Ψ 1s
r
,q
,
j
是一种球形对称分布
z
y x
3.波函数的物理意义 Ψ2 ：原子核外出现电子的概率密度。
电子云是电 子出现概率密度 的形象化描述。
(a) 1s的 2 r
图及电子云 (b) 1s电子云的