一级注册结构工程师基础考试-普通化学

普通化学3.1物质的结构与物质的状态一.原子结构1.核外电子的运动特性核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的特征，不能用经典牛顿力学来描述核外电子的运动状态。2.核外电子的运动规律的描述由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波函数Ψ来描述核外电子的运动状态。(1)波函数Ψ：用空间坐标(x,y,z)来描写波的数学函数式,以表征原子中电子的运动状态。一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。确定电子的一种运动状态.(2)概率密度（几率密度）：用Ψ2表示电子在核外空间某单位体积内出现的概率大小。(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子的概率密度(Ψ2)分布规律的图形。黑点密的地方，电子出现的概率密度较大，单位体积内电子出现的机会多。氢原子1s电子云（二维投影）yxb(4)四个量子数:波函数Ψ由n,l,m三个量子数决定，即Ψ(n,l,m)。三个量子数取值相互制约。①主量子数n：n=1,2,3……∞,确定原子轨道的能量，和电子离核的远近。②角量子数ι:ι=0,1,2……n-1(n个),确定原子轨道的形状。ι=0,1,2,3……s,p,d,f……球形纺锤形梅花形复杂s轨道投影yxP轨道投影d轨道投影③磁量子数m:m=0,±1,±2……±ι(2ι+1个),确定原子轨道的空间取向。ι=0，m=0，S轨道空间取向为1；ι=1,m=0,±1，P轨道空间取向为3；ι=2m=0,±1,±2,d轨道空间取向为5；……一个原子轨道：指n、ι、m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数。Ψ（n,ι,m），例如：Ψ(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。n、ι、m取值合理才能确定一个存在的波函数，亦即确定电子运动的一个轨道。n=1(1个),ι=0,m=0,Ψ(1,0,0)n=2（4个）,ι={n=3(9个),ι={n=4(16个)波函数Ψ数目＝n2(2,1,-1)(2,1,1),(2,1,0),(2,0,0),,1,00,,10mm)2,2,3(),2,2,3()1,2,3()1,2,3()0,2,3()1,1,3(),1,1,3(),0,1,3()0,0,3(2,1,01,00,,,210mmmn、ι、m的取值与波函数关系：n，ι相同的轨道称为等价轨道。s轨道有1个等价轨道，表示为：p轨道有3个等价轨道，表示为：d轨道有5个等价轨道，表示为：4)自旋量子数ms={代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态）,可用↑↑表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行.n,ι,m,ms四个量子数确定电子的一个完整的运动状态,以Ψ（n,ι,m,ms）表示。例：Ψ(1,0,0,+),Ψ(1,0,0,-)21212121例题:7.对原子中的电子来说，下列成套的量子数中不可能存在的是_______。A.(3,1,1,-1/2)B.(2,1,-1,+1/2)C.(3,3,0,-1/2)D.(4,3,-3,+1/2)9.下列量子数的组合中，哪一个是不合理的_________。A.n=2,ι=2,m=1B.n=2,ι=1,m=0C.n=3,ι=2,m=－1D.n=3,ι=0,m=019.量子力学中的一个原子轨道是指_________。A.与波尔理论相同的原子轨道B.n具有一定数值时的一个波函数C.n、ι、m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数D.ι、m二种量子数都具有一定数值时的一个波函数12.某元素最外层原子轨道4S上有一个电子,其四个量子数表达式正确的是________.A.(4.0,1,+1/2)B.(4,1，0,-1/2)C.(4.0,0,+1/2)D.(4，1,1,-1/2)24.表示3d的诸量子数为：_______A.n=3ι=1m=+1mS=-1/2B.n=3ι=2m=+1mS=+1/2C.n=3ι=0m=+1mS=-1/2D.n=3ι=3m=+1mS=+1/211．p2波函数角度分布形状为:A.双球形B.球形C.四瓣梅花形D.橄榄形3.原子核外电子分布三原则(1)泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个量子数完全相同的两个电子。一个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的两个电子。表示为：↑↓根据每层有n2个轨道，每个轨道最多能容纳两个电子，由此可得出每一层电子的最大容量为：2n2。(2)最低能量原理：电子总是尽先占据能量最低的轨道。电子依据近似能级图由低到高依次排布。近似能级图:7s……6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s能量逐渐升高能量逐渐升高(3)洪特规则：在n和ι值都相同的等价轨道中，电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行。如2p3:3d6有几个未成对电子？洪特规则特例：当电子的分布处于全充满、半充满或全空时，比较稳定。全充满:p6或d10或f14半充满:p3或d5或f7全空:p0或d0或f0例如:24Cr1S22S22P63S23P63d54S1，半充满比较稳定。29Ｃu1S22S22P63S23P63d104S1,全充满比较稳定42Mo、47Ag、79Au↑↑↑(4)核外电子分布式：原子的原子的离子的离子外层电子分布式外层电子分布式电子分布式电子分布式（价电子构型）11Na：1s22s22p63s13s1Na+:1s22s22p62s22p616S：1s22s22p63s23p43s23p4S2-:1s22s22p63s23p63s23p626Fe：1s22s22p63s23p63d64S23d64s2Fe3+:1s22s22p63s23p63d53s23p63d524Cr：1S22S22P63S23P63d54S13d54S1Cr3＋：1S22S22P63S23P63d33S23P63d329Ｃu：1S22S22P63S23P63d104S13d104S1Ｃu2＋：1S22S22P63S23P63d93S23P63d9例题130.某元素的+2价离子的外层电子分布式为:该元素是:C(A)Mn(B)Cr(C)Fe(D)Co1、24号基态原子的外层电子结构式正确的是（）A、2s2B、3s23p6C、3s23p4D、3d54s13.Fe3+的外层电子分布式为_____________。A.3d34S2B.3d5C.3S23P63d5D.3S23P63d34S218.原子序数为25的元素,其+2价离子的外层电子分布为▁▁▁▁。A.3d34s2B.3d5C.3s23p63d5D.3s23p63d34s2,333662dps20.原子序数为29的元素，其原子外层电子排布应是：A.3d94s2B.3d104s2C.3d104s1D.3d105s126.铁原子的价电子构型为3d64s2，在轭道图中，未配对的电子数为：____A.0B.2C.4D.6(5)原子、离子的电子式及分子结构式电子式:在元素符号周围用小黑点(或×)来表示原子或离子的最外层电子的式子。例如:H.Na..Mg..Ca.:C:分子结构式：用“—”代表一对共用电子对的分子式。例如:N≡N，O=C=O，Cl-Cl，H—Cl二.化学键和分子结构1.化学键：分子或晶体中相邻的原子（离子）之间的强烈的相互作用。化学键一般分为离子键、共价键和金属键。(1)离子键：由正负离子的静电引力形成的化学键。离子的外层电子构型大致有：2电子构型;8电子构型;9—17电子构型;18电子构型;（18＋2）电子构型。(2)共价键：分子内原子间通过共用电子对(电子云重叠)所形成的化学键。可用价键理论和分子轨道理论来说明。①价键理论要点：价键理论认为典型的共价键是在非金属单质或电负性相差不大的原子之间通过电子的相互配对(共用电子对)而形成。原子中一个未成对电子只能和另一个原子中自旋相反的一个电子配对成键，且成键时原子轨道要对称性匹配,并实现最大程度的重叠。所以共价键具有饱和性和方向性。②σ键：原子轨道沿两核连线，以“头碰头”方式重叠S-S:H-H,S-Px:H-Cl,Px-Px:Cl-ClЛ键：原子沿两核连线以“肩并肩”方式进行重叠。如单键：σCl-Cl双键：σ+Л-C=C-三键：σ+Л+ЛN≡N键键例题:11.根据价键理论和原子轨道重叠原则，N2的结构为___________。A.一个σ键,二个π键;B.三个π键;C.三个σ键;D.一个π键,二个σ键2.分子的极性与电偶极矩:极性分子和非极性分子用电偶极矩µ来区别。µ=q.ιq：正负电荷中心带电量；ι：正负电荷中心之间的距离。极性分子：正负电荷中心不重合，µ0如：HX,H2O,,SO2,H2S,HCN等。且极性:HFHClHBrHI非极性分子：正负电荷中心重合，µ=0。如:N2,H2,CH4,CCl4,CO2,CS2等。对于双原子分子:分子极性与键的极性一致.即键是极性键,分子是极性分子;键是非极性键,分子是非极性分子.如：N2,H2、O2非极性分子；HFHClHBrHI极性分子对于多原子分子:分子是否极性不仅取决于键的极性,而且取决于分子的空间构型(结构对称的为非极性分子)如：CH4,CCl4,CO2,CS2非极性分子3.分子空间构型和杂化轨道理论杂化轨道理论要点:1）电子在成键原子的作用下，进行激发；2)能级相近的原子轨道互相杂化;3)几个轨道参加杂化,形成几个杂化轨道；4)成键能力更强。以此用来解释分子的空间构型。杂化轨道类型SPSP2SP3SP3（不等性）空间构型直线型平面正三形角形正四面体三角锥型V字型实例BeCl2,HgCl2,CO2，CS2，C2H2BCl3,BF3（B，Al，Ga等IIIA元素的卤化物）,C2H4CH4,SiH4,CCl4,SiCl4（IVA元素）NH3PH3,PCl3（VA元素）H2OH2S（VIA元素）分子极性：非极性非极性非极性极性极性1)sp杂化:4Be2s2图5.18sp杂化轨道分子空间构型为直线型，键角180°例如：HgCl2、BeCl2分子。2)sp2杂化:5B2s22p1附图5.15sp2杂化轨道sp2杂化轨道成键特征：键角为120°,分子空间构型为平面正三角形。如:BX3,H2C=CH2ClBClClCCHHHHBCl3和CH2CH2的空间构型3)等性sp3杂化:6C2s22p2等性杂化：各个杂化轨道所含成分完全相同。附图5.16sp3杂化轨道sp3杂化轨道成键特征：键角为109°28’，分子空间构型为正四面体。例如：CH4,CX4HCHHH甲烷的空间构型4)sp3不等性杂化7N2s22p38O2s22p4NHHH..OHH....NH3空间构型为三角锥形,H2O空间构型为“V”形不等性杂化：各个杂化轨道所含成分不完全相同。例题2、用杂化轨道理论推测下列分子空间构型，其中为平面三角形的是（）A、NF3B、AsH3C、BF3D、SbH35.下列分子中其中心原子采用SP3不等性杂化的是。A.BeCl2B.BCl3C.PH3D.CCl415.下列分子中，偶极距不为零的是—————。A．H2OB．H2C．CO2D．O222.下列哪些叙述是正确的_________。A.多原子分子中，键的极性越强，分子的极性越强;B.具有极性共价键的分子，一定是极性分子;C.非极性分子中的化学键，一定是非极性共价键;D.分子中的键是非极性键，分子一定是非极性分子.27．CO2、H2O、NH3三种分子的极性不同：______Ａ．—CO2属非极性分子，H2O、NH3属极性分子。Ｂ．—CO2、NH3属非极性分子，H2O属极性分子Ｃ．—三者均是极性分子Ｄ．—它们均是非极性分子4.分子间力①非极性分子与非极性分子间的力色散力：瞬时偶极和瞬时偶极之间产生的分子间的力。瞬时偶极：由于分子在某瞬间正负电荷中心不重合所产生的一种偶极。②非极性分子与极性分子间的力色散力;诱导力：由固有偶极和诱导偶极之间所产生的分子间力。诱导偶极：由于分子受外界电场包括极性分子固有偶极场的影响所产生的一种偶极。③极性分子与极性分子之间的力色散力;诱导力;取向力：由固有偶极之间所产生的分子间力。分子间力是色散力、诱导力和取向力的总称。分子间力也叫