第7章元素与元素性质的周期性-习题答

第七章元素与元素性质的周期性

【习题答案】

7.1指出下列各对元素中，谁的第1电离能更高？

（a）Li与Cs，（b）Li与F，（c）Cs与F，（d）F与I

解：（a）Li的第1电离能更高。

（b）F的第1电离能更高。

（c）F第1电离能更高。

（d）F的第1电离能更高。

7.2 指出下列各对元素中，谁的电子亲和能更高?

（a）C与F，（b）F与I，（c）Te与I

解：（a）F的电子亲和能更高。

（b）F的电子亲和能更高。

（c）I的电子亲和能更高。

7.3 按离子半径递增的顺序，排列下列两组离子：

（a）Y3＋、Ba2＋、Al3＋、Co3＋、Cs＋、La3＋、Ir3＋、Fe3＋

（b）Cl－、H－、I－、Te2－、Ar＋

解：在配位数相同的情况下，（a）Co3＋< Fe3＋< Ir3＋< Al3+< Y3＋< La3＋< Ba2＋< Cs＋。

（b）H－< Cl－< I－< Te2－< Ar＋。

7.4 试说明下列原子基态电子构型“不规则”的原因：Cr：[Ar]3d54s1；Pd：[Kr]4d10。

解：Cr：[Ar]3d54s1，4s轨道与3d轨道均为半满，半充满结构。Pd：[Kr]4d10，4d轨道为全满，亚层轨道全充满结构。

7.5 写出下列元素原子的基态电子构型（示例，F：[He]2p52s2）

Re、La、Cr、Fe、Cu、Ta、Po、Gd、Lu

解：Re：[Xe]4f145d56s2；La：[Xe]5d16s2；Cr：[Ar]3d54s1；Fe：[Ar]3d64s2；Cu：[Ar]3d104s1；

Ta：[Xe]5d36s2；Po：[Xe]6s26p4；Gd：[Xe]4f75d16s2；Lu：[Xe]4f145d16s2

7.6 写出下列离子的基态电子构型（示例，F－：[He]2s22p6），并指出它们的未成对电子数：K＋、Ti3＋、Cr3＋、Fe2＋、Cu2＋、Sb3＋、Sn4＋、Ce4＋、Eu2＋、Lu3＋

解：K+：[Ar]，0；Ti3＋：[Ar]3d1，1；Cr3＋：[Ar]3d3，3；Fe2＋：[Ar]3d6，4；Cu2＋：[Ar]3d9，1；Sb3＋：[Kr]5s2，0；Sn4＋：[Kr]，0；Ce4＋：[Xe]，0；Eu2＋：[Xe]4f 7，7；Lu3＋：[Xe]4f 14，0。

7.7 为什么＋4氧化态的铅的氧化性比＋4氧化态的锡强很多？

解：因为惰性电子对效应使铅保留6s2电子的趋势比上一周期的锡强很多。

7.8 指出In、Sn、Se和Te的最常见的两种氧化态。

解：In：＋1、＋3；Sn：＋2、＋4；Se：＋4、＋6；Te：＋4、＋6

7.9 四氯化碳跟水不反应，但三氯化硼在潮湿的空气中容易水解，为什么？

解：四氯化碳很稳定，与水不反应，BCl3为缺电子化合物，为路易斯酸，所以在潮湿的空气中容易水解。

7.10 举例说明镧系收缩对于第6周期过渡元素性质有何影响？

解：镧系收缩使第6周期过渡元素的原子半径和离子半径与同族的第5周期元素的原子半径相近，因此同族元素的晶格能、溶剂化能、配合物形成常数等接近。例如Zr和Hf、Nb 和Ta在自然界矿物中共生，且难于分离。

7.11 第4、第6周期元素性质变化有哪些“反常性”？

解：Ga的金属性不如Al，Ga（OH）3的酸性比Al（OH）3强；砷、硒和溴的最高氧化态不稳定；PCl5和SbCl5稳定存在，但是AsCl5最近才制得，而AsBr5和AsI5是否能存在至今仍不知道。

Tl＋、Sn2＋、Bi3＋比上一周期元素的相应氧化态物种稳定，而Tl3＋、Sn4＋、PbO2、NaBiO3表现出强氧化性。

7.12 何谓惰性电子对效应？举例说明对p区重元素化学性质有何影响？

解：p区第6周期元素容易形成只失去p电子而保留s电子的化合物，因此6s2电子称为惰性电子对，这一现象称为惰性电子对效应。其直接结果之一是同主族元素自上而下低氧化态趋于稳定。例如，Tl＋比In＋稳定、Pb2＋比Sn2＋稳定、Bi3＋比Sb3＋稳定。

7.13 何谓对角线关系？试举3对例子说明之。

解：第2周期元素在性质上与第3周期斜下方对角线上的元素相似，这一现象称作对角线关系。例如Li与Mg相似；Be与Al相似；B与Si相似。

7.14 何谓交换能？试举一例说明它对原子电子结构的影响。

解：1对自旋平行的电子为了自旋配对，其中1个电子的自旋方向需要转变为相反方向，该过程所需的能量叫做交换能。例如交换能效应使Cr原子的基态电子构型为[Ar]3d54s1而不是[Ar]3d44s2。

7.15 解释第3周期元素下列每种性质的递变规律：

（a）电离能，（b）电子亲和能，（c）电负性

解：（a）除Mg、S外，第3周期元素从Na到Ar第一电离能逐渐增大。其原因是从左到右原子半径逐渐减小，原子有效核电荷Z eff逐渐增大。

Mg的第一电离能比两侧元素的都高，因为破坏3s2全满结构需要较多能量。S的第一电离能比两侧元素的都低，因为其失去1个电子后得到稳定的3s23p3结构。

（b）第3周期元素大体上从左到右电子亲和能增大，原因是从左到右原子有效核电荷Z eff逐渐增大。但Mg和Ar的电子亲和能为负值，这可以用它们分别具有全满3s2和3s23p6价电子构型，因而增加1个电子需要吸收能量来解释。

（c）第3周期元素从Na到Ar电负性逐渐增大，原因是从Na到Ar原子半径逐渐减小，原子有效核电荷Z eff逐渐增大。

7.16 对Nb和Ta这两个第5族元素具有相同金属半径这一事实作解释。

解：镧系收缩使Ta的金属半径变小，结果金属半径与同族上一周期的Nb相同。

7.17 第4周期部分元素的第二电离能（eV）如下：