《无机及分析化学教程_魏琴主编_第2章_原子结构习题解答.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《无机及分析化学教程_魏琴主编_第2章_原子结构习题解答.docx（10页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、第二章习题解答2-01玻尔氢原子模型的理论基础是什么？简要说明玻尔理论的基本论点，简要说明玻尔理论的成功之处和不足。答：玻尔氢原子模型的理论基础依然是经典力学理论， 只不过是加入了由氢原子光谱研究得到的限制性条件，得出了电子发射或吸收光能的相对正确结论。玻尔理论的基本论点包括：(1) 在原子中，电子不能沿着任意的轨道绕核旋转，而只能在某些特定的、符合一定条件的圆球形轨道上运动， 即其角动量必须满足 w=mvr=nh/2 ，其中 h为普朗克常数。电子在满足该条件的轨道上运动时， 并不放出能量， 每一个轨道所具有的能量状态，称之为一个能级。(2) 电子的轨道离核越远，其能量也就越高。在稳定状态下，
2、所有的电子，尽可能处在离原子核最近的轨道上， 以使得整个原子具有较低的能量。 当外界给予电子能量时，即电子受到激发时，如高温、带电粒子的冲击等，电子就会跃迁到离核较远的轨道上，此时电子处于激发状态。(3) 只有当电子从高能激发态跃回到低能稳定态时，原子才会以光子的形式向外放出能量。光量子的能量大小为电子跃迁时，高低能级的差值， 即：E =E 2E1= h。玻尔理论的成功之处和不足：由于玻尔将量子化的概念， 引入到了原子模型中， 打破了经典力学中， 能量是连续变化的框框， 成功地说明了原子光谱为线状光谱的实验事实，并且理论计算所得之谱线频率与实验数值十分吻合。但是，由于玻尔理论的主要依据和处理方
3、法仍没有完全脱离经典力学的束缚，除了氢原子光谱外，其理论无法解释任何一个多电子原子的光谱，比如He原子光谱。后来的实验证明， 在氢原子光谱中还包含着更为精细的谱线结构，而这一点， 玻尔理论也无法给出合理的解释。因此，玻尔理论并没有真正解决原子结构的实际问题。2-02简要叙述证明光和电子都具有波粒二象性的实验依据。答：光的波粒二象性实验依据主要来自于光电效应、光压现象及光经过大星球附近时发生的光弯曲现象。电子的波动性主要来自于电子衍射实验现象。2-03波函数是描述 原子（分子）中电子运动状态的数学函数式，它和原子（分子）轨道是同义语。 | |2的物理意义是在指定的空间内电子出现的概率，电子云是电
4、子在一定空间内出现概率的形象化表示。2-04结合 3p轨道的几率密度径向分布图和2p电子云角度分布图， 画出 3p电子云角度分布平面图。试说明其中的节面体现了核外电子运动的哪个特性？答：3p轨道与 2p轨道相比， 在最大几率密度分布方向上出现几率密度为零的节面，表明 3p轨道的电子云分布较 2p松散，对核电荷的屏蔽较 2p差一些，同时也体现了核外电子运动的波动性特征。2-05由氢原子 1s轨道的径向分布图，电子在 r =53 pm的球壳夹层出现的概率最大。当靠近原子核时，几率密度虽然有较大值，但因r很小，球壳夹层的体积较小，1故 子 出 的概率很小。离核 ， 然 r 很大，球壳 的体 大，但
5、的几率密度却很小。2-06 子的运 状 用几个量子数来描述？ 要 明各量子数的物理含 、取 范 和相互 关系。答：原子核外 子的运 状 用n、l、m 和 ms 四个量子数来描述。主量子数n，是确定波函数表达式首先要确定的量子数。其取 范 所有的正整数，即：n1,2,3,4,n的取 越大，表明 子距核越 ，其能量也就越高。 上，把n 相同的所有波函数的集合， 称之 一个 子 。 即所有 n=1的波函数之集合， 称之 第一 子 ，所有 n=2的波函数之集合，称之 第二 子 等等。 子在原子核外运 ，不 具有一定的能量，而且 具有一定的角 量。因 l取 的大小，决定着在指定的 子 中， 子运 角 量
6、Mmvr 的大小。所以，hl (l 1)一般称量子数 l 角量子数，即：M2。又因 角 量 M 与原子核外 子运 的范 有关，即与所 原子 道的形状有关。所以， l的取 决定着原子 道的基本形状。即在一定的能量状 下， 子以一定的几率出 在核外三 空 的限定范 。 个限定范 ， 就是 子的几率为 90% 以上的三 空 。量子数 l的取 ，受主量子数n的限制。只有当 n 确定后， l的取 才有意 。不同的 n 下，即在不同的 子 中，l 的取 是不同的。在n 确定后， l的取 范 l 0， 1， 2， 3， (n-1)。即 l 的取 从 0开始，到 n-1 束。若 n=1 ， l=0 ，当 n=
7、2 ， l=0 ，1，当 n=3 ， l=0 ， 1， 2。也就是 ，在第n电子 中，有 n个 l 。表示一个 n 下的 l ，一般用符号s，p，d，f， g等，分 表示 l 0， 1， 2， 3，4。如 1s表示的是 n=1，l=0的波函数或原子 道。 4f指得是 n=4，l=3 的一 波函数或原子 道。 上把l 相同的一 波函数或原子 道称之 一个 子 磁量子数：角 量是有方向性的， 子的角 量，在磁 中会 生分裂， 生相 的、不同方向上的分量。 m 的取 ，就代表着 种分量的多少与大小。m 的取 ，受l 取 的限定。在指定l 下， m 的取 m= 0,1, 2.l ，即 m的取 2l 1
8、 个。其每一个取 ，代表角 量的一个分量：M zm h2从另外的角度 ， m 取 的个数， 代表了指定 子 中，波函数或原子 道的个数，及原子 道在三 空 的具体伸展方向。如：n=1 ， l=0，且只能 0。 明第一 子 只有一 ，即l=0 的 子 ，或者 是1s 子 。当 l=0 ， m=0，且只能 0。 明 l=0 的 子 只有一个 道( 波函数 ) (r , ,)1, 0, 0 ，即 1s 道。同理，所有 l=0 的 子 中只有一个ns 道。当 l=1 ， m0, 1,1，有 3个取 。 明 l=1 的 子 ，即 np 道有 3个。当 l=2 ， m0, 1, 1, 2, 2 ，有 5
9、个取 ， 明l=2 的 子 ，即2nd 轨道有 5 个。依次类推，可知l=3 的轨道，如第四电子亚层的4f，有 7个轨道。自 旋 量 子数 ms 用 于 表 示电子 的 不 同 自旋 方 式 。 ms 的取 值 只 有 两个 ， 即ms1 ,1 ，或用两个箭头符号“ ”和“ ”分别表示 ms1 和 ms1 两种不同2222的自旋方式。综上所述， 原子核外一个电子的运动状态，可以用四个量子数来确定其能量的高低 (n)，电子运动角动量的大小及运动范围的大致形状(l)，其角动量在磁场中分量的多少、大小及原子轨道在空间的伸展方向(m)，该电子的自旋状态如何 ( ms )。2-07下列各组量子数中，是氢
10、原子Schr?dinger波动方程合理解的一组为 ( D )nlmmsA30+1-?B220+?C43-4-?D52+2+?2-08写出四个量子数为 (5, 3, 1, +?)、 (6, 0, 0, +?) 电子的原子轨道符号。答：四个量子数为 (5, 3, 1, +?)的原子轨道符号为5f，四个量子数为 (6, 0, 0, +?) 的原子轨道符号为 6s。2-09 5d 轨道上一个电子的主量子数为5，角量子数为2，可能的磁量子数为0， 1， 2，自旋量子数为?。2-10利用斯莱特规则计算P原子最外层电子 s电子和 p电子的能量， 试求 P原子的第一电离能有多大？已知 1 eV = 96.49
11、 kJ mol -1 。解： P原子的电子排布情况为1s22s22p63s23p3；按斯莱特规则将电子分组(1s)2(2s,2p)8(3s,3p)5内层电子对 3s， 3p轨道被屏蔽的电子 s=1.00 2+0.85 8+0.35=9.15 p=1.00 2+0.85 8+0.35 2+0.3 2=10.1所以（2）13.6 159.1551.71eVE s324990KJmol 1（2）13.6 1510.136.28eVE p323500KJmol 1P原子的第一电离能为失去一个p电子所需要的能量为 3500KJ2-11在多电子原子中，主量子数n相同而角量子数 l 不同的轨道，由于电子的钻
12、穿效应和 屏蔽 效应，使相邻电子层中的不同电子亚层，有时能量更接近。 这种现象叫作能级交错 。2-12质量数为 59，中子数为31的原子，其基态电子构型为Xe4f 36s2 。32-13 由Pauling 能级图可知， 每一能级组对应于周期表中的一个周期，其中，在第六能级组中，各原子轨道按能量由低至高依次是4f5d6p6s，可容纳的元素数目为32。2-14 84 号元素 Pb位于第六周期，第 IV A族，其价层电子构型为Xe4f 145d106s2p2，最高态价的氧化物是+4。2-15下列离子中，外层d轨道达半充满状态的是( B)。ACr3+BFe3+CCo 3+DCu+2-16第二电离能最大
13、的原子，应该具有的电子构型是( C)。A 1s22s22p5B1s22s22p3C 1s22s22p6 3s1D 1s22s22p63s22-17写出周期表中， 电离能最大和最小的元素，电子亲合能最大的元素， 电负性最大的元素，主族元素中，第一电离能大于左右相邻两个元素的元素。答：周期表中，电离能最大的元素为 He，最小的为 Cs（或 Fr），电子亲合能最大的元素为 Cl ，电负性最大的元素为 F，主族元素中，第一电离能大于左右相邻两个元素的元素一般为 s轨道全充满的 IIA 族和 p轨道半充满的 VA 族元素，特别是第二周期的元素。2-18下列各组元素中，原子第一电离能I1递增顺序正确的为(
14、A)。A NaMg AlB HeNeAr CSiPAsD B CCBA2-24A 、 B、 C三种元素的原子，最后一个电子填充在同一能级组中，B 的核电荷比 A 多 11个， C的质子比 B多 5个； 1mol 的A 单质同水反应生成 1 g H 2，同时转化为具有 Ar 原子电子层结构的离子。试判断 A、 B 、C各为何种元素 ?写出 A 、 B 分别与 C反应时，生成物的化学式。A 、 K ； B、 Zn； C、 Br ；KBr ，ZnBr 22-25如果能够合成出117号元素，请给出：(1) 与钾反应生成物的化学式；(2) 与氢反应生成物的化学式；(3) 最高氧化态氧化物的化学式；(4) 该元素的单质是金属还是非金属；(5) 最高氧化态含氧酸可能的化学式。将 117 号元素标记为X(1) 2K + X 2 = 2 KX(2) H2 + X 2 = 2HX(3) X 2O7(4) 金属（根据元素周期表对角线规则）(5) HXO 4。5