海南大学：《无机化学》课程教学资源（作业习题）第八章 原子结构（含解答）

第八章原子结构 1、下列各量子数合理的是：() A.n=2、1=1、m=0、m,=+1/2;B.n=3、1=3、m=1、m,=-1/2: C.n=3、=0、m=0、m,=0. Dn=2、=0、m=+1、m.=.12 答：答案B中，当n时 1只能取0,1,2：答案C中m,的取值只能为±12：答案D中， 当=0时，m只能取0。答案为A。 2、一个2印电子可以被描述为下列六组量子数之 (1)2、1、0、+1/2 (2)2、1、0、-12 (3)2、1、1、+12 (4)2、1、1、12 5)2 、+ (6)2、1、-1、-12 试指出氧原子电子层结构中，2印四个电子组合中正确的是() A、(1)(2)(3)(4): B、(1)(2)(5)(6) C、(2)(4)(5)(6) D.(3)(4)(5)(6) 答：根据洪特规则，先是3个电子分占3条p轨道，且自旋方向相同，所以这3个电子可以 是(1)、(3)、（⑤）、或(2)、（④）、(6)，第四个电子与前三个电子的自旋方向相反。答案为C 3、下列元素中，第一电离能最大的是() A、Be B、B CCD、N 答：主族元素从1A到卤素，Z增大，【减小，I增大。但半满、全满结构能量最低，最稳 定，电离能大。答案为D。 4、有A、B、C、D四种元素，其价电子数依次为1、2、6、7，其电子层数依次减小。已知 D的电子层结构与Ar原子相同，A和B的次外层均为8个电子，C的次外层有18个电子 试推断这四种元素 写出它们的元素符号、元素名称 用原子实加外围电子构型的方式写出 它们的电子分布式、确定它们在尚期表中的位置（周期、族和区）。 解： 元素代号 元素符号 元素名称电子分布式周期 A [Xe]6s! B 想 [K]5s2 ⅡA [A]3d4524p四 VIA D CI 氯 [Nel3s3p VIIA 5、试解释为什么在氢原子中3s和3p轨道的能量相等，而在氯原子中3s轨道的能量比3p 轨道的能量要低 答：氢原子只有一个电子，没有屏蔽效应，也没有钻穿效应，轨道能量只决定于主量子数。 氯原子是多电子原子，存在屏蔽效应和钻穿效应，造成同主层不同亚层的能级分裂。电子在 3s和3轨道上受到其它电子的屏蔽作用不同，它们的钻穿能力也不同，造成在不同亚层 轨道上的能量不同。所以在多电子原子中，轨道能量不仅与主量子数有关，还与角量子数

第八章 原子结构 1、下列各量子数合理的是：（ ） A. n=2、l=1、m=0、ms=+1/2; B. n=3、l=3、m=-1、ms=-1/2; C. n=3、l=0、m=0、ms=0; D. n=2、l=0、m=+1、ms=-1/2. 答：答案 B 中，当 n=3 时，l 只能取 0，1，2；答案 C 中 ms 的取值只能为±1/2；答案 D 中， 当 l=0 时，m 只能取 0。答案为 A。 2、一个 2p 电子可以被描述为下列六组量子数之一 （1） 2、1、0、+1/2 （2）2、1、0、-1/2 （3） 2、1、1、+1/2 （4）2、1、1、-1/2 （5） 2、1、-1、+1/2 （6）2、1、-1、-1/2 试指出氧原子电子层结构中，2p 4 四个电子组合中正确的是（ ） A、（1）（2）（3）（4）; B、（1）（2）（5）（6）; C、（2）（4）（5）（6）; D、（3）（4）（5）（6）. 答：根据洪特规则，先是 3 个电子分占 3 条 p 轨道，且自旋方向相同，所以这 3 个电子可以 是(1)、(3)、(5)、或(2)、(4)、(6)，第四个电子与前三个电子的自旋方向相反。答案为 C。 3、下列元素中，第一电离能最大的是（ ） A、Be; B、 B; C、C; D、N. 答：主族元素从ⅠA 到卤素，Z*增大，r 减小，I 增大。但半满、全满结构能量最低，最稳 定，电离能大。答案为 D。 4、有 A、B、C、D 四种元素，其价电子数依次为 1、2、6、7，其电子层数依次减小。已知 D-的电子层结构与 Ar 原子相同，A 和 B 的次外层均为 8 个电子，C 的次外层有 18 个电子。 试推断这四种元素，写出它们的元素符号、元素名称、用原子实加外围电子构型的方式写出 它们的电子分布式、确定它们在周期表中的位置（周期、族和区）。 解： 元素代号 元素符号 元素名称 电子分布式 周期 族 A Cs 铯 [Xe]6s1 六 ⅠA B Sr 锶 [Kr]5s2 五 ⅡA C Se 硒 [Ar]3d104s24p4 四 ⅥA D Cl 氯 [Ne]3s23p5 三 ⅦA 5、试解释为什么在氢原子中 3s 和 3p 轨道的能量相等，而在氯原子中 3s 轨道的能量比 3p 轨道的能量要低。 答：氢原子只有一个电子，没有屏蔽效应，也没有钻穿效应，轨道能量只决定于主量子数 n。 氯原子是多电子原子，存在屏蔽效应和钻穿效应，造成同主层不同亚层的能级分裂。电子在 ３s 和３p 轨道上受到其它电子的屏蔽作用不同，它们的钻穿能力也不同，造成在不同亚层 轨道上的能量不同。所以在多电子原子中，轨道能量不仅与主量子数 n 有关，还与角量子数

1有关。 6、什么是“铜系收缩”？ “镧系收缩”产生的原因是什么？“镧系收缩”有什么特点？“镧 系收缩”对元素的性质产生了哪些影响？ 答：铜系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而依次缓慢缩小的现象称为镧系收 缩。因为在铜系元素中，随核电荷数递增，新增电子填充在外数第三层的「轨道上，虽然不 能完全屏蔽核电荷，但其屏蔽作用比最外层和次外层电子的大，所以造成有效核电荷数递增 分缓慢 半径收也线慢 (从La到Lu共价半径总共减小1lpm)。镧系收缩的特 ①原子半径的收缩缓慢，相邻元素原子共价半径之差为1m左右：②由于镧系元素较多 所以整个镧系收缩原子的金属半径总的诚小量也达14pm:③在镧系收缩中，离子半径要比 原子半径收缩大得多（共减小22pm)。因为离子失去了6s电子层，4F轨道变成了外数第 层，它对核电荷的屏蓝作用变小，所以L+收缩比Ln明品：④翻系元素收缩中出现两个4峰 即Eu利 b 的原子半径“反常地”大，因为 们分别具有4和4“的半满和全满构型 这些构型有较大的屏蔽作用，导致它们的原子半径变大。铜系收缩造成的影响主要有：①使 铜系元素之间性质十分相似，分离非常困难：②使B族的元素Y的半径落在铜系的饵附 近，从而成为稀土元素中一员。③造成镧系后的第六周期元素的原子半径与第五周期元素 的原子半径相近，性质相似，分离困难。 7、IA族元素与IB族元素原子的最外层都只有一个s电子，但前者单质的活泼性明显强 于后者，试从它们的原子结构特征加以说明。 答：IA族元素最外层和次外层电子结构是(n-1)s2n-1)pns, IB族元素最外层和次外层电子结构是(n-1)s2(n-1)p(n-1)dns, 两者的差别在B牌原子次外层多了10个d由子。由干d电子对核的屏作用较小，原了 的有效核电荷较多，因此IB族原子对外层s电子的束缚比IA族原子的强得多， 故IB族 元素不如IA族元素活泼。 8、描述核外电子运动状态的四个量子数的物理意义分别是什么？它们分别可取哪些数值？ 答：丰量子数：表征原子轨道几率最大风域离核的远近诉及能量的高低。可取数值=1,2,3， 4,5,6,7 《非零的任意正整数)。角量子数：表征原子轨道的形状及能量的高低。可 取值 =0,1,2,3,4. (-)。磁量子数：表征原子轨道在空间的伸展方向。可取数 值m=0,±1，±2，±3.，.。自旋量子数：表征电子自旋的两种不同方式。可取数值ms=±12 9、在多电子原子中，当主量子数=4时，共有哪些电子亚层？各电子亚层分别有几条轨道？ 最多能容纳多少个电子？ 答： 主量子数 电子亚层 原子轨道数 最多容纳电子数 4s1=0) 1m=0 2 4p=1) 3(m=0.m=±1) 6 n=4 4d0=2) 5(m=0,±，±2) 4=3) 7(m=0,±1，±2，±3) 14 10、已知下列元素s5Cs、3Sr、34Se、7C1,试回答下列问题： ①原子半径由小到大的顺序： ②第一电离能由小到大的顺序

l 有关。 6、什么是“镧系收缩”？ “镧系收缩”产生的原因是什么？“镧系收缩”有什么特点？“镧 系收缩”对元素的性质产生了哪些影响？ 答：镧系元素的原子半径和离子半径随原子序数的增加而依次缓慢缩小的现象称为镧系收 缩。因为在镧系元素中，随核电荷数递增，新增电子填充在外数第三层的 f 轨道上，虽然不 能完全屏蔽核电荷，但其屏蔽作用比最外层和次外层电子的大，所以造成有效核电荷数递增 十分缓慢，半径收缩也缓慢（从 La 到 Lu 共价半径总共减小 11pm）。镧系收缩的特点是： ① 原子半径的收缩缓慢，相邻元素原子共价半径之差为 1pm 左右；② 由于镧系元素较多， 所以整个镧系收缩原子的金属半径总的减小量也达 14pm；③ 在镧系收缩中，离子半径要比 原子半径收缩大得多（共减小 22pm）。因为离子失去了 6s 电子层，4f 轨道变成了外数第二 层，它对核电荷的屏蔽作用变小，所以 Ln3+收缩比 Ln 明显；④ 镧系元素收缩中出现两个“峰 值”，即 Eu 和 Yb 的原子半径“反常地”大，因为它们分别具有 4f7 和 4f14 的半满和全满构型， 这些构型有较大的屏蔽作用，导致它们的原子半径变大。镧系收缩造成的影响主要有：① 使 镧系元素之间性质十分相似，分离非常困难；② 使ⅢB 族的元素 Y 的半径落在镧系的铒附 近，从而成为稀土元素中一员。③ 造成镧系后的第六周期元素的原子半径与第五周期元素 的原子半径相近，性质相似，分离困难。 7、ⅠA 族元素与ⅠB 族元素原子的最外层都只有一个 s 电子，但前者单质的活泼性明显强 于后者，试从它们的原子结构特征加以说明。 答：ⅠA 族元素最外层和次外层电子结构是(n-1)s2 (n-1)p6ns1， ⅠB 族元素最外层和次外层电子结构是(n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d10ns1， 两者的差别在ⅠB 族原子次外层多了 10 个 d 电子。由于 d 电子对核的屏蔽作用较小，原子 的有效核电荷较多，因此ⅠB 族原子对外层 s 电子的束缚比ⅠA 族原子的强得多，故ⅠB 族 元素不如ⅠA 族元素活泼。 8、描述核外电子运动状态的四个量子数的物理意义分别是什么？它们分别可取哪些数值？ 答：主量子数：表征原子轨道几率最大区域离核的远近及能量的高低。可取数值 n=1，2，3， 4，5，6，7.（非零的任意正整数）。角量子数：表征原子轨道的形状及能量的高低。可 取值 l=0，1，2，3，4.（n-1）。磁量子数：表征原子轨道在空间的伸展方向。可取数 值 m=0，±1，±2，±3.±l。自旋量子数：表征电子自旋的两种不同方式。可取数值 ms=±1/2。 9、在多电子原子中，当主量子数 n=4 时，共有哪些电子亚层？各电子亚层分别有几条轨道？ 最多能容纳多少个电子？ 答： 主量子数 电子亚层 原子轨道数 最多容纳电子数 n=4 4s(l=0) 1(m=0) 2 4p(l=1) 3(m=0,m=±1) 6 4d(l=2) 5(m=0, ±1, ±2) 10 4f(l=3) 7(m=0, ±1, ±2, ±3) 14 10、已知下列元素 55Cs、38Sr、34Se、17Cl，试回答下列问题： ① 原子半径由小到大的顺序； ② 第一电离能由小到大的顺序；

③电负性由小到大的顺序： ④金属性由弱到强的顺序： ⑤分别写出各元素原子最外层的0的电子的量子数 答：①D、C、B、A:②A、B、C、D ③A、B、C、D:④D、C、B、A ⑤各元素原子最外层的0的电子的量子数见下表 元素0的电子 量子数 n 四 m 55 6s 6 0 0 +1/2或1/2 38 52 0 +1n 417 4 ±/2 3 0 0 ±12 山、在多电子原子中，电子排布应遵循哪些规则？ 答：在多电子原子中，基态原子核外电子排布应遵循Paunling不相容原理、能量最低原理 和Hund规则 12、试解释为什么电子亲合能最大的不是第二周期的0和F,而是第三周期的S和C 答：实际上三主族元素电子亲合能最大值并不在第二周期（头排）元素，而在第三周期（二 排)元素上。因为头排元素的原子半径在同族元素中特别的小，原子表面处电子密度特别的 大，因而电子对外来电子的排斥力也特别大，所以加合电子所放的能量部分用于克服电子间 的排斥力，最终总的放能较小 13、什么是屏蔽效应？什么是钻穿效应？它们有哪些规律性？它们造成了哪些综合影响？ 答：在多电子原子中，其它电子抵消核电荷对指定电子的吸引作用称为屏蔽效应。屏蔽效应 将使原子核对外层电子作用的有效核电荷数减少，轨道能量升高。其表现主要是内层电子对 外层电子的屏蔽，同层电子的屏蔽作用较小，外层电子对内层电子的屏蔽可忽略。被抵消的 核电荷数称为屏蔽常数。，可按S1a规则进行计算。屏蔽作用的规律性 :对外层电子的勇 蔽作用ns>np>nd>nf:被内层电子的屏蔽作用ns<np<nd<nf。 外层电子穿过内层进入原子核附近空间而使屏蔽效应减弱的现象称为钻穿效应（或穿 透效应)。根据原子轨道的径向分布图，外层电子仍然有在近核空间处出现的机会。钻穿效 应同样可以使原子核对外层电子作用的有效核电荷数减少，轨道能量升高。钻穿效应的规律 性：钻穿效应的顺序为 屏蔽效应和钻穿效应的综合影响：①能级分裂：同主层不同亚层的轨道能量不同 Ens<Ep<En<E。同层轨道中s电子受屏蔽的作用最小，而钻穿效应最大，所以被核吸引的 有效核电荷最大，能量最低。可见，单电子轨道能级只决定于主量子数，而多电子原子中， 轨道能级不仅决定于主量子数，决定于角量子数1。②能级交错：当心3时，不同主层之 间出现能级交错现象。 s钻穿效应大，受内层电子屏蔽作用小，因此受核吸引强烈，其能 量降低，甚至低于内层的(-1)d、(-26反之，。 、「电子则钻穿效应小，受内层电子屏蔽作 用又大，所以被核吸引的有效核电荷较小，能量较高，甚至高于外层的s电子。周期表中 出现下列几处能级交错：4s<3d,59<4d,6s<4f5d,7s<5f6d

③ 电负性由小到大的顺序； ④ 金属性由弱到强的顺序； ⑤ 分别写出各元素原子最外层的 l=0 的电子的量子数。 答：①D、C、B、A；②A、B、C、D ③A、B、C、D；④D、C、B、A ⑤各元素原子最外层的 l=0 的电子的量子数见下表 元素 l=0 的电子 量子数 n l m ms 55 6s1 6 0 0 +1/2 或-1/2 38 5s2 5 0 0 ±1/2 34 4s2 4 0 0 ±1/2 17 3s2 3 0 0 ±1/2 11、在多电子原子中，电子排布应遵循哪些规则？ 答：在多电子原子中，基态原子核外电子排布应遵循 Paunling 不相容原理、能量最低原理 和 Hund 规则。 12、试解释为什么电子亲合能最大的不是第二周期的 O 和 F，而是第三周期的 S 和 Cl？ 答：实际上三主族元素电子亲合能最大值并不在第二周期（头排）元素，而在第三周期（二 排）元素上。因为头排元素的原子半径在同族元素中特别的小，原子表面处电子密度特别的 大，因而电子对外来电子的排斥力也特别大，所以加合电子所放的能量部分用于克服电子间 的排斥力，最终总的放能较小。 13、什么是屏蔽效应？什么是钻穿效应？它们有哪些规律性？它们造成了哪些综合影响？ 答：在多电子原子中，其它电子抵消核电荷对指定电子的吸引作用称为屏蔽效应。屏蔽效应 将使原子核对外层电子作用的有效核电荷数减少，轨道能量升高。其表现主要是内层电子对 外层电子的屏蔽，同层电子的屏蔽作用较小，外层电子对内层电子的屏蔽可忽略。被抵消的 核电荷数称为屏蔽常数 σ，可按 Slater 规则进行计算。屏蔽作用的规律性：对外层电子的屏 蔽作用 ns>np>nd>nf；被内层电子的屏蔽作用 ns np >nd >nf。 屏蔽效应和钻穿效应的综合影响：①能级分裂：同主层不同亚层的轨道能量不同 Ens<Enp<End<Enf 。同层轨道中 s 电子受屏蔽的作用最小，而钻穿效应最大，所以被核吸引的 有效核电荷最大，能量最低。可见，单电子轨道能级只决定于主量子数 n，而多电子原子中， 轨道能级不仅决定于主量子数 n，决定于角量子数 l。② 能级交错：当 n≥3 时，不同主层之 间出现能级交错现象。ns 钻穿效应大，受内层电子屏蔽作用小，因此受核吸引强烈，其能 量降低，甚至低于内层的(n-1)d、(n-2)f；反之，d、f 电子则钻穿效应小，受内层电子屏蔽作 用又大，所以被核吸引的有效核电荷较小，能量较高，甚至高于外层的 ns 电子。周期表中 出现下列几处能级交错：4s<3d，5s<4d，6s<4f<5d，7s<5f<6d

14、试给出电子亲合能和电负性的定义，它们都能表示原子吸引电子的难易程度，请指出两 者有何区别2 答：电子亲合能：处于基态下的气态原子获得一个电子成为1的气态阴离子所放出的能量 称为第一电子亲合能。其余各级电子亲合能类推。 电负性：元素的原子在化合物分子中吸引成键电子的能力称为元素的电负性。 电子亲合能和电负性它们都能表示原子吸引电子的难易程度，但电子亲合能是讨论孤 立原子获得电子的能力，而电负性则是讨论原子在分子中吸引电子的能力，所以这两个概念 是用于两个不同的范畴。 15、元素A在=5，=0的轨道上有一个电子，它的次外层=2的轨道上电子处于全满状态， 而元素B与A处于同一周期中，若A、B的简单离子混合则有难溶于水的黄色沉淀AB生 成 ①写出元素A及B的核外电子分布式 ②A、B各处于第几周期，第几族？是金属还是非金屈？ ③写出AB的化学式。 答：①元素A的核外电子排布式为：1s22s22p3s23p3d4s24p4d05s,A的价层电子构型为： 4d5s':元素B的核外电子排布式为：152s22p3523p3d4s24p4d05525p3,B的价层电子构 刑为.5s25n5 ②元素A处于第五周期IB族，是金属元素：元素B处于第五周期WA族，是非金属元素 ③AB的化学式为：Ag 16、已知某稀有气体的最外层电子排布为4s24D,在同周期中有A、B、C、D四种元素的 原子，最外层电子数分别为2、2、1、5：A的次外层电子数为8，D的次外层电子数为18， B的次外层2的轨道具有半充满结构，而C的2的轨道全充满，问A、B、C、D分别是 什么元素？ 答：：A、Ca:B、Mn:C、Cu:D、Asa

14、试给出电子亲合能和电负性的定义，它们都能表示原子吸引电子的难易程度，请指出两 者有何区别？ 答：电子亲合能：处于基态下的气态原子获得一个电子成为-1 的气态阴离子所放出的能量 称为第一电子亲合能。其余各级电子亲合能类推。 电负性：元素的原子在化合物分子中吸引成键电子的能力称为元素的电负性。 电子亲合能和电负性它们都能表示原子吸引电子的难易程度，但电子亲合能是讨论孤 立原子获得电子的能力，而电负性则是讨论原子在分子中吸引电子的能力，所以这两个概念 是用于两个不同的范畴。 15、元素 A 在 n=5，l=0 的轨道上有一个电子，它的次外层 l=2 的轨道上电子处于全满状态， 而元素 B 与 A 处于同一周期中，若 A、B 的简单离子混合则有难溶于水的黄色沉淀 AB 生 成。 ① 写出元素 A 及 B 的核外电子分布式、价层电子构型； ② A、B 各处于第几周期，第几族？是金属还是非金属？ ③ 写出 AB 的化学式。 答：① 元素 A 的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s1，A 的价层电子构型为： 4d105s1；元素 B 的核外电子排布式为：1s22s22p63s23p63d104s24p64d105s25p5，B 的价层电子构 型为：5s25p5 ②元素 A 处于第五周期ⅠB 族，是金属元素；元素 B 处于第五周期ⅦA 族，是非金属元素； ③ AB 的化学式为：AgI 16、已知某稀有气体的最外层电子排布为 4s24p6，在同周期中有 A、B、C、D 四种元素的 原子，最外层电子数分别为 2、2、1、5；A 的次外层电子数为 8，D 的次外层电子数为 18， B 的次外层 l=2 的轨道具有半充满结构，而 C 的 l=2 的轨道全充满，问 A、B、C、D 分别是 什么元素？ 答：：A、Ca； B、Mn； C、Cu； D、As