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9原子结构43439原子结构习题解答(p262-265)思考题：1.1862年，尚古多提出了元素的性质就是原子量的变化论点，创造了一个元素螺旋图，初步提出了元素的周期性。1864年，迈尔提出了六元素表，为元素周期表提供了雏形。1865年，纽兰兹将元素按原子量次序排列发现了八音律。1869年，人们已经发现了63种元素，门捷列夫按原子量的大小和元素的化学性质之间的关系列成一张表，这便是他的第一张元素周期表。经过继续努力，1871年他发表了关于周期律的新的论文。文中他修正了1869年发表的元素周期表。在前表中，性质类似的各族是横排，周期是竖排；而在新表中，族是竖排，周期是横排，这样各族元素化学性质的周期性变化就更为清晰。同时他将那些当时性质尚不够明确的元素集中在表格的右边，形成了各族元素的副族。在前表中，为尚未发现的元素留下4个空格，而新表中则留下了6个空格。元素周期律，使人类认识到化学元素性质发生变化是由量变到质变的过程，把原来认为各种元素之间彼此孤立、互不相关的观点彻底打破了，使化学研究从只限于对无数个别的零星事实作无规律的罗列中摆脱出来，从而奠定了现代化学的基础。2.根据电子排布顺序得出，第八周期排布为：8s、5g、6f、7d、8p，s轨道2个电子、p轨道6个电子、d轨道10个电子、f轨道14个电子、g轨道18个电子，总共有50个电子，也就是八周期元素共有50个元素。3.在多电子体系中，由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷，从而引起有效核电荷的降低，削弱了核电荷对该电子的吸引，这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。在原子核附近出现的概率较大的电子，可更多地避免其余电子的屏蔽，受到核的较强的吸引而更靠近核，这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应。与屏蔽效应相反，外层电子有钻穿效应。外层角量子数小的能级上的电子，如4s电子能钻到近核内层空间运动，这样它受到其他电子的屏蔽作用就小，受核引力就强，因而电子能量降低，造成E（4s）E(3d)。钻穿效应可以解释原子轨道的能级交错现象。4.[Rn]5f146d107s27p68s2.应该在第八周期IIA族。5.[Rn]5f146d107s27p3.根据对角线规则，该元素与铅的性质最相似。最外层的电子：7s27p3，对于7s电子n=7,l=0,m=0,ms=+1/2;n=7,l=0,m=0,ms=-1/2。对于7p电子，n=7,l=1,m=-1,ms=+1/2;n=7,l=1,m=0,ms=+1/2;n=7,l=1,m=+1,ms=+1/2;6.由于能级交错的原因，EndE(n+1)s。当ns和np充满时(共4个轨道，最多容纳8个电子)，多余电子不是填入nd，而是首先形成新电子层，填入(n+1)s轨道中，因此最外层电子数不可能超过8个。同理可以解释为什么次外层电子数不超过18个。若最外层是第n层，次外层就是第(n－1)层。由于E(n-1)fE(n+1)sEnp，在第(n+1)层出现前，次外层只有(n－1)s、(n－1)p、(n－1)d上有电子，这三个亚层共有9个轨道，最多可容纳18个电子，因此次外层电子数不超过18个。同理，外数第三层电子数小于32个。7.元素的金属性与非金属性是指元素的得失电子能力的大小，是要通过进行相对比较，才能判断他的金属性与非金属性，金属原子易失电子而变成阳离子，非金属原子易跟电子结合而变成阴离子。元素的原子得失电子的能力与原子核对外9原子结构4444层电子特别是最外层电子的引力有着十分密切的关系。原子核对外层电子的吸引力的强弱主要与原子的核电荷数、原子半径和原子的电子层结构等有关。8.Na的价电子结构为2P63S1,Mg的价电子结构为2P63S2.所以电离一个电子后，Na离子价电子结构符合八隅定律（即与Ne的价电子结构一致）而Mg原子电离一个电子后，价电子结构为3S1，故Na比镁更易电离出一个电子，这也是钠多显正一价的原因．同理，本已经符合八隅定律的钠离子再电离一个电子是很困难的，但是价电子结构为3S1的镁离子可以轻松再电离一个电子．9.原子基态：原子的能量最低状态。处于基态的原子最为稳定。原子激发态：原子或分子吸收一定的能量后，电子被激发到较高能级但尚未电离的状态。处于激发态的原子是不稳定的。当原子处在激发态时，电子云的分布会发生某些变化，分子的平衡核间距离略有增加，化学反应活性增大。激发态寿命短，很容易返回到基态，同时放出多余的能量。10.微观粒子的运动具有波粒二象性，遵循测不准原理。11.波尔理论不能反映微观粒子运动的波粒二象性，不遵循测不准原理。在量子力学中，得不到一个电子的轨迹的，我们在描述核外电子时，是以它在某位置出现的概率来表示，形象直观的表示方法即电子云，云的密集程度表达了出现概率的大小。12.量子化与量子数：在量子力学中，物理量只能以确定的大小一份一份地进行变化，具体有多大要随体系所处的状态而定。这种物理量只能采取某些分离数值的特征叫作量子化；量子数是量子力学中表述原子核外电子运动的一组整数或半整数。因为核外电子运动状态的变化不是连续的，而是量子化的，所以量子数的取值也不是连续的，而只能取一组整数或半整数。量子数包括主量子数n、角量子数l、磁量子数m和自旋量子数ms四种，前三种是在数学解析薛定谔方程过程中引出的，而最后一种则是为了表述电子的自旋运动提出的。镧系收缩：镧系元素的原子（或离子）半径随原子序数增加而减小的总趋势。由于4f电子对s和d电子的屏蔽不完全，从镧(La)到镥(Lu)随核电荷和4f电子数的逐渐增加，有效核电荷也逐渐增加，引起整个原子体积逐渐缩小。使得铕(Eu)以后的元素离子半径接近钇(Y)，构成性质极相似的钇组元素，彼此在自然界共生，难于分离；同时还使得第三过渡系与第二过渡系的同族元素原子（或离子）半径相近，如铪与锆、钽与铌、钨与钼等，他们性质上极为相似，也常常共生而难以分离。电离能：基态的气态原子或气态离子失去电子的过程称为电离，完成这一过程所需要的能量称为元素的电离能。电子亲和能：气态原子（基态）获得电子成为气态负离子时所放出的能量，叫做电子亲和能。电负性：电负性是元素的原子在化合物中吸引电子的能力的标度。元素的电负性越大，表示其原子在化合物中吸引电子的能力越强。13.影响电离能大小的因素是：有效核电荷、原子半径、和原子的电子构型。14.不相同，因为氢原子3d轨道能量高于3s轨道，因此激发到3d轨道所需能量更高。15.氮的最外层电子排布为2s22p3,而氧为2s22p4，氮的2p轨道处于半充满状态，能量较低，较为稳定。16.由于镧系收缩第五周期过渡元素的原子半径与第六周期同族元素的原子半9原子结构4545径非常接近，其价电子构型与原子半径都相似，因此Mo和W难分离。而Cr和Mo没有这种现象。17.（1）E总=1.20*107J/mol得到每个原子的能量为E=1.99*10-17J.由E=hc/λ得λ=1*10-8m=10nm(2)作为相对原子质量标准的那种碳原子的质量是1.9927×10-26kg，它的1/12为1.6606×10-27kg。所以He原子质量为6.6424×10-27kg.λ=h/mv得λ=0.2826nm（3）Ke的相对原子质量为83.8.同理可得λ=0.01592nm。18.（1）Rb大，因为Rb核外电子层数高。（2）Y大，因为Y和Cd处于同一周期，随着核电荷数增加，原子核对外层电子的吸引增加。（3）Br-大，因为Br-核外电子层数多。19.原子序数为117.因为第七周期卤素的核外电子排布为[Rn]5f146d107s27p5.因此原子序数为86+31=117.20.依据为锰和氯的最高氧化值都为+7，因为他们的价电子数都为7.锰和氯的不同为锰的价电子为3d54s2，氯的价电子为3s23p5，锰通常表现出还原性，而氯通常表现出氧化性。21.d5;d8;d5;d3;d5;d3;d5习题1.在下列各题的空线上填入适当的文字、字母或数据(1)每一个原子轨道要由_3_个量子数规定，它们的符号分别是_n、l、m；表征电子自旋方向的量子数共有__2_个数值，具体数值为__±1/2_。(2)量子数n=3、m=0时，各轨道所填充的最多电子数是_2__；n=4、ms=－12时，各亚层所填充的最多电子数之和是__16___；n=2、l=1时，可填充的最多电子数之和是_6__；n=3、l=2、m=－1时，可填充的最多电子数是___2___。(3)原子序数为47的元素，其原子核外电子排布为_[Kr]4d105s1_，价电子对应的主量子数n为___5__，角量子数l为__0__，磁量子数m为____0___。(4)下列离子Rb+、Mn2+、I－、Zn2+、Bi3+、Ag+、Pb2+、S2－、Li+中：属于8电子构型的有Rb+、I－、S2－；属于18电子构型的有Zn2+、Ag+；属于18+2电子构型的有_Bi3+、Pb2+_；属于9～17电子构型的有_Mn2+___。(5)某元素原子的最外层有2个电子，其主量子数n=4，在次外层l=2的原子轨道电子数为零。则该元素的原子序数为_20_，原子核外电子的排布式为_[Ar]4s2___。(6)氢原子基态能量为E1。其2s能级相应能量为_1/4_E1；3p能级相应能量为_1/9_E1；4d能级相应的能量为_1/16_E1；5f能级相应的能量为_1/25_E1。(7)玻尔(Bohr)提出氢原子的总能量表示式为_-13.6/n2_(ev)_；德布罗依(deBroglie)提出联系微观粒子运动的波动性与粒子性特征的关系式为__λ=h/p_。9原子结构4646(8)设原子核位于x=y=z=0处，若在x=y=0、z=a附近的微体积内，s电子出现的概率(几率)为p（仅从角度分别考虑），则该电子在x=a、y=z=0附近的微体积（大小与前述相同）内出现的概率(几率)为_p_。如果这个电子不是s电子，而是pz电子，则在上述第二个位置上出现的概率(几率)是_0__。(9)主量子数n=4的电子层中电子的最大容量为_32__。如果没有能级交错，该层各轨道能级由低到高的顺序为__4s4p4d4f__，4f电子实际在第___6__周期的___镧___系元素的原子中出现。(10)在下列元素:Ga、B、Sb、Fr、Sc中，其原子3d亚层中只有一个d电子的元素是__Sc__，p亚层电子数为半充满的元素是_Sb_，7s亚层电子数为1的元素是_Fr__，4p亚层电子数为1的元素是__Ga__。2.答案：(1)n=2,l=0,m=0,ms=+1/2或-1/2A原子轨道的形状：球形对称；A的元素符号：Li(2)B的元素符号：He(3)A、B性质差别很大的根本原因：A原子最外层只有一个s电子，易失去变为1s2的稳定结构，而B原子结构为1s2的稳定结构。3.答案：(1)3px、3py、3pz；3dxy、3dxz、3dyz、3dz2、3dxy22(2)BA=DFCE4.填充表格原子序数电子排布价电子构型元素所在周期元素所在族元素所在区24[Ar]3d54s13d54s14VIBd201s22s22p63s23p64s24s24IIAs47[Kr]4d105s14d105s15IBds30[Ar]3d104s23d104s24IIBds28[Ar]3d84s23d84s24VIIId5.答案：(1)51号元素的原子核外电子排布式：[Kr]4d105s25p3(2)略6.答案：(1)错。主量子数n=1时，可有自旋相反的两个电子；(2)错。主量子数n=4时，有4s，4p，4d，4f四种原子轨道；(3)错。角量子数l=0，对应的都是s原子轨道。7.答案：(1)Ψ1s=√1πa03e−ra0=√1π×（5.29）3e−1=5.40×10−4|Ψ1s|2=（5.40×10−4）2=2.92×10−7(2)Ψ1s=√1π×（5.29）3e−2=1.99×10−4|Ψ1s|2=（1.99×10−4）2=3.96×10−8(3)r=0.0,4πr2ψ2=0r=∞,ψ=0,4πr2ψ2=0(4)|Ψ1s|2=2.92×1