原子结构习题及解析

《原子结构》作业参考解析
1. 下列说法正确的是
A. 因为p 轨道是“8”字形的，因此p 电子沿“8”字形轨道做绕核运动
B. 主量子数为2时，电子层有2s 和2p 两个轨道
C. 氢原子核外只有一个电子，因此核外只有一个原子轨道
D. 电子云是 |ψ|2 在空间分布的图像
【D 】A ：原子核外的电子运动是没有固定轨道的，只是在核外某些区域出现的概率大，在某些区域出现的概率小，因此p 电子不是沿着“8”字形轨道做绕核运动的；B ：主量子数为2时，有2s 和2p 两种轨道，而其中2p 有3个简并轨道；C ：氢原子核外只有一个电子，但是却远远不止1个轨道，当这个电子位于1s 轨道上时，氢原子处于基态，而当这个电子位于其它高能级轨道时，氢原子处于激发态；D ：电子云是用小黑点密集程度的变化情况来形象化的描述核外电子概率密度分布的图形，而|ψ|2的物理意义是核外某处电子出现的概率密度，因此说电子云是|ψ|2 在空间分布的图像。

2. 下列原子轨道不存在的是
A. 8s
B. 3f
C. 4d
D. 7p
【B 】根据量子数的取值要求，主量子数n 只能取1,2,3…等非零正整数；轨道角动量量子数l 的取值受n 的限制，只能取0,1,2,…,(n -1)，共取n 个值；磁量子数m 的取值又受l 的限制，只能取0,±1,±2…±l ，共取2l +1个值。

据此，当n 为3时，l 最大只能取值为2，当l 为2时是d 轨道，所以不可能出现3f 轨道。

3. 多电子原子中决定核外电子能量高低的量子数为
A. n ,l ,m ,s
B. n ,l m
C. n ,l
D. n
【C 】主量子数n 的大小决定了核外电子离核的远近，由于电子离核越近，受原子核吸引越强，因此能量越低，而离核越远，受原子核吸引越小，因此能量越高，所以主量子数也是多电子原子核外电子能量高低的主要因素；而多电子原子核外的电子除了受到原子核的吸引外，还收到其它电子对其的排斥作用，我们主要考虑内层和同层电子对其的屏蔽作用，因此多电子原子核外电子能量的高低，同时还与其轨道角动量量子数l 有关；而磁量子数m 的取值确定原子轨道在空间的伸展方向，所以与电子和轨道的能量无关；自旋角动量量子数s 体现了电子的自旋运动，也与其能量无关，因此对于多电子原子而言，核外电子能量的高低主要受到n 和l 的影响。

不过要特别注意的是，由于单电子原子（氢）和离子（类氢离子）核外只有一个电子，只受到原子核的吸引，因此其能量高低只与其主量子数的取值有关，而与轨道角动量量子数无关。

4. 是（ ）的图形。

222222d d d d B. C. D.xy xy x y x y Y Y Y --
【B 】从图中可见，该角度分布图中没有出现正负号，因此这是一个关于电子云的角度分布
图，A 、C 两个选项可以排除，根据轨道在空间的伸展方向，可以确定该图形的名称为222d x y Y -。

5. 下列各原子电子组态中，属于激发态的是
A. 1s 22s 22p 63s 23p 1
B. 1s 22s 22p 63s 23p 63d 104s 1
C. 1s 22s 22p 63s 23p 63d 54s 1
D. 1s 22s 22p 63s 23p 33d 1
【D 】根据能量最低原理，原子核外电子按照Pauling 近似能级图（1s, 2s 2p, 3s 3p, 4s 3d 4p,…），从低能级原子轨道开始填充，低能级轨道填满后，再继续填充高能级轨道，依次填入后所得原子处于基态（除了第5，6，7周期中少数元素原子核外电子排布有自身的特殊规律），否则处于激发态。

从四个原子的核外电子排布式可见，第四个原子即D 的原子核外电子排布式，3p 轨道电子还没有排满，电子就已经排布在3d 轨道上了，违背能量最低原理，因此处于激发态。

6. 下列说法错误的是
A. 5d 轨道的径向分布函数图中有3个峰
B. n 相同时，l 越小的电子钻穿能力越强，所受屏蔽作用越小，能量越低
C. F 原子的2p 轨道能量等于I 原子的2p 轨道能量
D. p z 轨道角度分布图的节面是xy 平面
【C 】A ：径向分布函数图中峰的个数为n -l 个，所以5d 轨道峰的个数为3个；B 选项的说法
是正确的；C ：根据多电子原子核外轨道和电子能量计算公式2
2()13.6eV Z E n
σ-
=-⨯，对于I 原子和F 原子的2p 轨道而言，两者的主量子数相等，屏蔽常数σ相差约0.35，所以这两项对能量的影响较小，但是两元素的核电核数Z 相差很大，I 的核电核数为53，而F 的核电核数为9，由此可见，I 原子2p 轨道的能量是远远低于F 原子的；D ：根据数学定义，函数值为0的平面称之为节面。

p z 轨道的双球分布在z 轴方向上，显然图中xy 平面上函数值均为0，所以节面为xy 平面。

根据前面的分析可见，C 选项的说法是错误的。

7. 下列（ ）的电子排布式为[Ar]3d 5。

A. Mn 2+
B. Fe 2+
C. Co 2+
D. Ni 2+
【A 】根据题意这四个离子的电子排布式分别为：
25Mn 2+：1s 22s 22p 63s 23p 63d 5 或者 [Ar]3d 5
26Fe 2+：1s 22s 22p 63s 23p 63d 6 或者 [Ar]3d 6
27Co 2+：1s 22s 22p 63s 23p 63d 7 或者 [Ar]3d 7
28Ni 2+：1s 22s 22p 63s 23p 63d 8 或者 [Ar]3d 8
8. 下列关于电子亚层的说法正确的是
A. 位于同一电子亚层的各原子轨道是简并轨道
B. 位于同一电子亚层的各电子的运动状态是相同的
C. d 轨道全充满的元素都属于主族元素
D. n 相同时，s 轨道的能量总是低于p 轨道的能量
【A 】A ：位于同一电子亚层的原子轨道，主量子数相等，轨道角动量量子数也相等，因此处于同一能级，所以是简并轨道；B ：位于同一电子亚层的各电子主量子数相等，轨道角动量量子数也相等，但是磁量子数和自旋角动量量子数可能会不相等，所以运动状态不一定相同；C ：d 轨道全充满的不一定都是主族元素，例如位于元素周期表ds 区的ⅡB 的元素，次
外层d轨道是全充满的，但是属于过渡金属元素；D：对于多电子原子而言，n相同时，s 轨道的能量低于p轨道，但是对于单电子原子或类氢离子而言，只要主量子数相等，轨道或者电子的能量就相等。

9. 某元素在36Kr之前，该元素的原子若失去2个电子，所得离子在l=2的轨道中有1个单电子；若失去1个电子，所得离子核外没有单电子。

该元素的元素符号为，其基态原子核外电子排布式为，第族，区。

解：该元素为29Cu，核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d1041或者[Ar]3d104s1，ⅠB族，ds 区。

根据题意，该元素至少可以形成两种电荷的离子，分别为M+ 和M2+，显然如果ⅠA族，这两个碱金属元素，一般不可能失去两个电子而形成M2+ 离子；而对于ⅢA族元素而言，也基本不会形成M2+ 离子，一般可能会形成M+ 或者M3+ 离子；Sc元素的常见价态为+3。