第一章 原子结构和元素周期系
[基本要求] 了解微观粒子运动的特性，熟悉原子轨道的概念，掌握四个量子数取值范围，会用量子数确定原子轨道及微观状态，记熟s、p、d原子轨道的角分布图。理解屏蔽效应和钻穿效应，会用鲍林近似能级图排布多电子原子核外电子。理解原子结构同周期系的关系。熟悉原子结构同有效电荷、原子半径、电离能、电子亲合能及电负性变化的周期性间的关系。
[重点] 四个量子数及原子轨道角分布图、多电子原子核外电子的排布，原子结构与周期系的关系。
[难点] 微观粒子运动的特殊性、四个量子数和原子轨道。 [参考教学学时] 6学时
习题参考答案
1. 用里德堡公式计算H原子电离是需要吸收多少能量？满足这个能量的波长是多少？
解：H原子电离即指核外的一个电子从基态（n=1）跃迁到无穷远（n=∞、核作用不到的地方）。所以，其所许能量为： E=hv=hR(1n12?1n212)
=hR（(
1I2?4?)=6.626×10
-34
×3.289×1015×6.02×1023
?1?131.2?10(J)?1312（KJ?mol)
满足这个能量的波长为： λ==
vc3?103.289?10158(1n12?1n22=
)3?108153.289?10=9.12?10?8（m）=91.2（nm）
2. 假若H原子核外有一系列轨道的能量分别为：
（1） -5.45×10?19J （2） -2.42×10?19 （3） -1×10?19J （4） 0 J （5） +5.45×10?19J
问：那些轨道是合理的，这些合理轨道分别是第几能级。 解：H原子的能级公式为：En=-
2.179?10n2?18(J) n=1，2，3，?
当n=1 时，E1=-2.179?10?18（J）
n=2 时，E2=-
2.179?1022?18=-5.448×10?19（J）
?18 n=3 时，E3=-
2.179?1032=-2.412×10?19（J）
?18 n=4 时，E4=-
2.179?1042=-1.362×10?19（J）
?18 n=5 时，E5=-
2.179?1052=-8.716×10?20（J）
?18 n=∞ 时，E?=-
2.179?1052=0（J）
∴（1）、（2）、（4）都是合理的，分别是第二能级，第三能级和电离态（n=∞）。 [2 解] 满足En=-2.179?10n2?18=-
E 1n2（J） n=1，2，3，?，∞的能量的轨道
是合理的，n不同取值的轨道。 （1） n?E1EnE1EnE1EnE1EnE1En??2.179?10?5.45?10?18?19?2
（2） n???2.179?10?2.42?10?18?19?3
（3） n???2.179?10?1?10?19?18?4.67
（4） n???2.179?100?2.179?10?5.45?10?18??
?18 （5） n???19?虚数
故（3）、（5）非正证书是不合理的，（1）、（2）、（4）都是合理的，分别是第二能级、第三能级和电离态（n=∞）。
3. 若电子的质量为9.0?10?28克，运动速度为3?107cm2?s?1，求其波长为多少nm? 解：??hmv?6.6?10（J?S）9.1?10（kg)?3?10(m/s)?315?34 =2.42?10?9（m）=2.42(nm)
答：其波长为2.42nm
4. 当氢原子的一个电子从第二能级跃迁到第一能级时，发射出光子波长是121.6nm；当电子从第三能级跃迁到第二能级时，发射出光子的波长是656.3nm，试回答：
（1） 哪一种光子的能量较大？说明理由。
（2） 求氢原子中电子的第三和第二能级的能量差及第二和第一能级的能
量差。说明原子中的能量是否连续。
解：（1）第一种光子的能量大，因为 E?hv?h 波长越短，能量越高。 （2）?E‘?21hcc?
?1hc?6.626?10?34?3?10?98121.6?106.626?10?34?1.63?10?18（J）
? ?E‘32?2??3?10?98656.3?10?3.03?10?19（J）
因此，原子中的能量是不连续的。
5. 波长为242nm的辐射能旗号足够是钠原子最外层的一个电子完全转移。试计算钠的电离能（KJ.mol?1）。
解：钠原子最外层的一个电子完全转移需要的能量应等于辐射光的光子能量。所以
E?hc?6.626?10?34?3?10?6.023?102.42?10?9823?=494.7（KJ?mol?1）
6. 设有一个电子在3d轨道中的一个轨道上，这个电子的量子数n、l、m，可能有哪些取值？用波函数表示出这些取值所限定的轨道。
解：电子取值的电子数为：n=3，l=2，而|m|≤2， 即 m=2，1，0，-1，-2。 用波函数表示为：?3,2,2,?3,2,1,?3,2,0,?3,2,?1.?3,2,?2 7. 下列各组量子数哪些是不合理的？为什么？ （1）n=2, l=1, m=0; （2）n=1, l=2, m=-1; （3）n=3, l=0, m=0; （4）n=4, l=1, m=1; （5）n=2, l=0, m=-1; （6）n=4, l=3, m=4。 答：∵（2） l=n, （5）|m|＞1 （6）|m|＞1 而（1），（2），（3）均符合L＜n，|m|≤1的限制，是合理的，（2）、（5）、（6）是不合理的。
8. 在用量子数表示核外电子运动状态时，写出下列各组所缺少的量子数。 （1）n=? l=2, m=0, ms??（2）n=2 l=？, m=-1, ms??1212
（3）n=4 l=？, m=0, ms??
（4）n=3 l=1, m=？, ms?? 答：（1）n=3，4，?，∞（满足n＞1） （2）l=1，（满足n＞1和l≥|m|）
12
（3）l=3，2，1，0（满足n＞1）ms?? （4）m=1，0，-1（满足l≥|m|）。 9.试指出下列符号所表示的意义是什么： （1）s； （2）2s； （3）2s1
12,?12
答：（1）s表示角量子数l=0的原子轨道，该轨道是具球对称的，波函数（原子轨道）为正值。
（2）2s表示主量子数为2，角量子数为0的原子轨道，或L层的s原子轨道。 （3）2s1表示主量子数为2，角量子数为0的原子轨道（或L层的s原子轨道）为1个电子占有。
11.写出基态原子的最外层具有下列电子构型的所有元素名称与符号： （1）ns2np3；（2）(n?1)d6?8ns2；（3）(n?1)d10ns?1
解：(1)基态原子的外层电子构型为ns2np3的元素是周期系中的VA元素，它们是： 氦 磷 砷 锑 铋 N P As Sb Bi
（2）基态原子的外层电子构型为(n?1)d6?8ns2的元素是周期系中的Ⅷ族元素，它们是：
铁 钴 镍 钌 铑 钯 锇 铱 铂 Fe Co Ni Ru Rh Pd Os Ir Pt
(3)基态原子的外层电子构型为(n?1)d10ns?1的元素是周期系中的ⅠB族元素，它们是：
铜 银 金 Cu Ag Au
13.不看周期表，用原子实表示下列微观粒子的电子构型： （1）Mg （2）Se (3)Cu? (4)La3 (5)Xe 解：（1）Mg:[Ne]3s2
（2）Se:[Ar]3d104s24p4 （3）Cu?:[Ar]3d10 （4）La3?:[?e]
（5）?e:[?r]4d105s25p6
14.凭你对元素周期表的了解填写下表的空格（表略） 解：
?原子序数 2电子分布式 262610外层电子分布式 第几周期 5 2 5 6 第几族 ⅢA 0 ⅥB ⅡB 什么区 p p d ds 49 10 1s2s2p3s3p3d4s4p4d226105s5p621 105s5p2s2p221 1s2s2p22622 6642 80 1s2s2p3s3p3d4s4p4d2262610 5s21 610144d5s511s2s2p3s3p3d4s4p4d5p5d61026102 5d104f5s2 6s2 6s 15.某元素原子X的最外层只有一个电子，其X3?离子的最高能级三个电子的主量子数n为3，角量子数为2，写出元素符号，第几周期，第几族？
解：由题意可知，?3?的电子构型为3d3，由多电子核外电子排列规则可知，该元素的价电子构型为3d54s1，故该元素为铬（Cr），是第四周期，ⅥB族元素。 16.已知甲、乙、丙、丁四种元素，其中甲为第四周期元素，与丁元素能形成原子比为1：1的化合物。乙为第四周期d区元素，其最高正化合价为+7。丙与乙同周期，并具有相同的最高正化合价。丁为所有元素中电负性最到的元素。试： （1）填写下表（表略）
（2）推测四种元素电负性高低顺序。 解：（1）
元素 价电子层结构 甲 乙 丙 丁 4s51周期 4 4 4 2 族 ⅠA ⅦB ⅦA ⅦA 金属或非金属 金属 金属 非金属 非金属 2553d4s4s4p2s2p22 （2）电负性高低顺序：丁＞丙＞乙＞甲 17.试解释下列事实：
（1）从混合物中分离V与Nb容易，而分离Nb与Ta难。 （2）K的第一电离能小于Ca，而第二电力则大于Ca。 （3）为什么在109元素中大部分是金属元素：
（4）为什么同一周期元素从左到右第一电离能有曲折变化？
答：（1）由于镧系收缩的影响，Nb与Ta的原子半径、离子半径几乎相等，性质十分相似，因此从混合物中分离Nb与Ta难；V与Nb未受镧系收缩的影响，两者的原子半径、离子半径及化学性质均有明显差别，V是活泼金属，Nb是不活
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