原子结构与元素周期律

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)屮与I W I2, (2)电子云和原子轨道，(3)几率和几率密度。解：

(1)屮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；

I WI 2反映了电子在核外空间出现的几率密度。

(2)I W I 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屮为同义词。

( 3)I WI 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I W I 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，

这是因为丨Y丨W1，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

( 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)波函数屮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)错。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)。

( 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)W B族元素的价电子层排布为(n-)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— 0-(g)、O-(g) + e— 02「(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。忸B族元素的价电子层排布为(n -1)

d 6-0 ns0-2。

(3)不正确。过渡元素的原子填充电子时是先填

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。

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-f O-(g)放热过程，O「(g)+e-f 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。

&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、丨具有一定数值时的一个波函数；

D.指n、I、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( )。

1 1

A. 2, 1 , - , -

B. 2, 0, 0,-

2 2

1 1

C. 3, 1, 1, —

D. 3, 2,-,-

2 2

(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 . Bev

B v Na v Mg B . B v Bev Mg v Na

C. Bev B v Mg v Na D . B v Bev Na v 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___________ 、________、_______ 、_________ 、 ________ 。