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无机化学-原子结构小结


原子结构与分子结构
有关原子结构的内容 一. 要点 1.微观粒子运动的基本特征:波粒二象性;量子化;不确定关系。 2.氢原子光谱和玻尔理论 里德堡关系式: 玻尔理论:
En ? ?

ν = R∞c(
13 . 6 n E 2 ? E1 h
2

1 n
2 1

r />
1 n2
2



eV

v=

3.原子轨道(电子云)角度部分形状及空间取向

原子轨道 4. 核外电子填充规则:

电子云

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① 能量最低原理:电子优先进入能量最低的轨道,以使体系 能量最低。 ② 泡利原理:在同一原子中没有运动状态完全相同的电子。 ③ 洪特规则:电子在等价原子轨道排布时,总是尽可能分占 不同的轨道,且自旋方向相同。另外等价轨道电子全充满(如 p6, d10,f 14)、半充满(如 p3,d5,f 7)或全空(如 p0,d0,f 0)的状态是比 较稳定的。 5.原子轨道能级(轨道填充)顺序图

6.元素周期表及分区、原子的电子层结构特点和元素的典型性质。 (1) s 区元素:最外层电子的结构是 ns1 或 ns2,它包括ⅠA 族 和ⅡA 族元素。这些原子都很容易失去外层的 1 个或 2 个电子,形 成+1 或+2 氧化数的化合物。 (2) p 区元素:最外层电子的结构是 ns2np1→ns2np6 的元素,包 括ⅢA→ⅧA 的主族元素。p 区元素大部分是非金属元素。 (3) d 区元素: 这些元素原子的价电子层构型为: (n-1)d1~9ns1~2,

2

包括从ⅢB 到ⅧB 族的所有元素。d 区元素被称为过渡元素。该区 元素都是金属元素,化学性质较相似。 (4) ds 区 元 素 : 这 一 区 元 素 原 子 的 价 电 子 层 构 型 为 : (n-1)d10ns1~2,包括ⅠB 和ⅡB 族元素。 (5) f 区元素:包括镧系和锕系元素。f 区元素被称为内过渡元 素。镧系或锕系元素的最外两层电子数基本相同,仅仅是倒数第三 层的(n-2)f 轨道上的电子数不同。所以,镧系元素之间或锕系元素 之间的物理化学性质非常相似。 7.了解原子半径、电离能、电子亲合能和电负性等概念及周期性变 化规律。 (1) 原子半径: ①共价半径;②金属半径; ③范德华半径。 变化规律: ①同周期自左至右随着原子序数的增加, 原子半径递减; ②同族元素,原子半径从上到下依次增大; ③但第六周期原子半径与第五周期原子半径非常接近, 这主要是由于镧系收缩所造成的后果。 (2) 电离能 ① 电离能:使元素处于基态的气态原子失去一个电子成为+1 价气态阳离子所需要的能量,称为该元素的第一电离能,用符号 I1 表示: M(g) → M+(g) + e② 电离能变化规律 *同一周期中,元素电离能变化的趋势,一般是随着原子序数 的增加而递增,但这种递增趋势并非单调递增而是曲折上升。 *同一主族元素中,自上而下,随着原子半径的增大,第一电
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离能依次减小。 *具有半充满和全充满的电子结构的元素其电离能较高。

(3) 电子亲和能 ① 电子亲和能: 元素的一个处于基态的气态原子获得一个电 子生成气态 -1 价阴离子时所放出的能量称为该元素的第一电子亲 和能。可用下式表示: A(g) + e- → A-(g) ② 电子亲和能的变化规律 * 同周期元素,自左向右随着原子序数的增加,元素电子亲和 能也增加。 * 同族元素,同族中自上到下基本上是随着原子半径的增加, 电子亲和能减小。 p 区第二周期元素的电子亲合能一般比第三周 但 期元素的小。这是因为第二周期非金属元素的原子半径非常小,电 子密度很大,电子间排斥作用大,以致当加合一个电子形成阴离子 时由于电子间强烈的排斥作用使放出的能量减小。 (4) 电负性:分子中原子吸引电子的能力。 变化规律:同一周期从左向右电负性增大;同族元素自上而下电 负性减小。

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二.一般题目 1. 已知电子构型,推断该元素及其在周期表中的位置,进而了解 其性质; 2. 已知元素,写出其原子或离子的电子排布; 三.习题 ⒈基态原子的核外电子排布为[Kr]4d105s0 的元素属于的周期和 族为(02 安徽) A.第四周期、Ⅹ族 C.第五周期、Ⅷ族 B.第四周期、Ⅷ族 D.第五周期、零族

2. 下列基态原子的核外电子排布中,单电子数最多的是(02 安 徽) A.[Ar]3d94s1 [Ar]3d54s2 3.X 和 Y 属短周期元素,X 原子的最外层电子数比次外层电子数 少 5 个,Y 位于 X 的前一周期,Y 原子最外层电子数是次外层 电子数的 3 倍,它们组成稳定化合物的化学式是(02 湖南) A X2Y B Y2X3 C XY D X2Y3 B. [Ar]3d54s1 C. [Ar]3s23p3 D.

4.两种微粒的质子数和电子数均相等,它们不可能是(03 湖南) A 一种原子和一种分子 B 两种带异性电荷的离子
5

C 两种带同性电荷的离子

D 一种分子和一种离子

5.有四种化合物:甲(气态) 、乙(液态) 、丙和丁(固态) ,以上 均指在通常状况下的状态。 它们是由短周期中的元素 A、 C、 B、 D、 E 中的两种元素所组成。已知: ① A、B、C、D、E 的原子序数依次增大,且 A 与 D 同主族, C 和 E 同主旋,B 和 C 同周期; ② 甲是由 A 和 B 形成的共价化合物,乙是由 A 和 C 形成的 共价化合物,它们分子中的原子个数比均为 1︰1;丙是由 C 和 D 形成的离子化合物, 其化学式中的原子个数比也为 1︰1; 丁是由 D 和 E 形成的离子化合物,其中阳离子比阴离子少一个电子层。由 此推导出这四种化合物的化学式分别是:(03 湖南) 甲为 乙为 丙为 丁为

甲为 C2H2 乙为 H2O2 丙为 Na2O2 丁为 Na2S 6. 电子构型为[Xe]4f145d76s2 的元素是(03 试题) A. 稀有气体 土元素 B. 过渡元素 C. 主族元素 D. 稀

7. 下列离子中最外层电子数为 8 的是(03 试题) A. Ga3+ B. Ti4+ C. Cu+ D. Li+

8.自英国科学家狄拉克提出反粒子存在的预言,人类开始在茫茫 宇宙中寻找反物质的例证。后又聚焦于反物质的合成研究。1997
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年人类首次合成了 9 个反氢原子。2002 年是人类合成反物质的丰 收年,合成了 5 万个反氢原子,也是对狄拉克诞辰 100 周年祭典的 一份厚礼。你认为反氢原子的组成应该为(03 浙江) (A)由 1 个带负电荷的质子与一个带正电荷的电子构成。 (B)由 1 个带正电荷的质子与一个带负电荷的电子构成。 (C)由 1 个不带电荷的中子与一个带负电荷的电子构成。 (D)由 1 个带负电荷的质子与一个带负电荷的电子构成。 9. B 是周期表中相邻两主族的两种元素, A 的原子序数为 a, A、 若 以下不可能是 B 的原子序数是(03 浙江) (A)a-17 (B)a-7 (C)a+18 (D)a+19

10. 据某科学杂志报道, 国外有一研究所发现了一种新的球形分子, 它的分子式为 C60Si60 它的分子结构好似中国传统工艺品“镂雕” , 经测定其中包含 C60、也有 Si60 结构。下列叙述不正确的是。(03 浙江) (A)该物质有很高的熔点、很大的硬度 (B)该物质形成的晶体属分子晶体 (C)该物质分子中 Si60 被包裹在 C60 里面 (D)该物质的相对分子质量为 2400 11.在 1-18 号元素组成的化合物中具有三核 10 个电子的共价化合物

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是 ____________ ; 具 有 三 核 20 个 电 子 的 离 子 化 合 物 是 __________________。(04 四川) H2O LiHS 或 NaOH

12.某元素的气态氢化物 HXR 在某温度下分解为氢气和固体物质, 在相同条件下体积为原来的 1.5 倍,分解前后气体的密度比为 17: 1,该元素原子核内中子数与质子数之差为 1,该元素的符号为 __________,R 原子核内中子数为__________,R 原子的电子排布 式 为 __________________ , R 原 子 的 最 高 氧 化 物 的 分 子 式 为 ___________,其溶于水后生成物为_____________________。(04 四川) P 16 1S22S22P63S23P3 P2O5 HPO3(H3PO4)

13. 由 氨 水 和 次 氯 酸 盐 溶 液 在 弱 碱 性 介 质 中 反 应 可 生 成 氯 胺 H2NCl , 分 子 结 构 类 似 于 NH3 , H2NCl 分 子 的 空 间 构 型 为 __________________,电子式为_________________,H2NCl 中的 氯的氧化数为________________。(04 四川)
H∶ ∶ ∶ ∶

三角锥形

H∶N∶ ∶Cl∶

+1

8

14.近几十年发展起来的关于超重元素核稳定性理论认为:当原子 核中质子和中子数目达到某一“幻数”(奇异的、有魔力的数)时, 这个核将是特别稳定的。在周期表中铀以前的元素中具有 2、8、 20、28、50、82 个质子或中子的核是特别稳定的,中子数 126 也 是一个重要的幻数。氦、氧、钙、铅的质子数和中子数都是幻数, 具有这种双幻数的原子核更为稳定。 科学家们用计算机算出下一个 具有双幻数的元素将是含 114 个质子和 184 个中子的第 114 号元素 X(称为超重元素)。若已知原子结构规律不发生变化,该元素 X 就 是第________周期第_____________族元素,其最高氧化物的分子 式为_________,再下一个具有双幻数的超重元素是质子数为 164、 中子数为 318 的 164 号元素 Y,它应是第___________周期第 ________族元素。(04 四川) 七 IVA XO2 八 IVA

15.下列电子排布式中,属于第 121 号元素的是(05 安徽) A.[118]5g18s2 B.[118]8s 28p1 C.[118]7d18s2 D.[118]6f18s2

1.选择题 (1) 下列各组量子数中,合理的一组是( ) 1 A. n = 2, l = 1, m = +1, ms = + 2 B. n = 2, l = 3, m = -1, ms = + 12

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C. n = 2, l = 2, m = +1, ms = - 12 D. n = 3, l = 2, m = +3, ms = - 12 (2) 在多电子原子中,各电子具有下列量子数,其中能量最高 的电子是( ) B. 2,0,0,-1/2 D. 3,2,-1,1/2 ).

A. 2,1,-1,1/2 C. 3,1,1,-1/2

(3) 下列金属原子中具有最大数目未成对电子的是( A. Cu B. Fe C. V D. Mn

(4) 下列各对原子中,未成对电子对最多的一组是( A.Ti 和 Pb C.Zn 和 Sn B.Cr 和 Al D.Co 和 Ni



(5) 下列各元素原子最外层 s 电子都未填满的一族是( A. IB B. IVB C. VIB D.VIIIB

).

(6) 某金属 M2+离子的第三电子层上有 15 个电子,该金属是 ( ). A. Fe B. Mn C. Co D. Ni

(7) 金属阳离子含未成对电子越多, 物质的磁性越大, 磁性 大的音响效果好。写出下列氧化物(基本上是离子型)阳离子 的核外电子结构, 适合作录音带磁粉原料的氧化物 是……………….( )
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A. V2O5 C. AgO

B. CrO2 D. SnO2

(8) 原子序数为 1 ~ 18 的 18 种元素中,原子最外层不成对电子 数与它的电子层数相等的元素共有( A. C. 6种 4种 B. 5 种 D. 3 种 ) )

(9) 下列元素原子半径的排列顺序正确的是( A. Mg > B > Si > Ar

B. Ar > Mg > Si > B D. B > Mg > Ar > Si

C. Si > Mg > B > Ar

(10) 从 ① N,O,F ② Mg,Al,Si ③ Cu,Ag,Au 三组元 素中分别找出第一电离能最低的元素, 这三种元素原子序数之 和是 ( A. 50 ). B. 68 C. 99 D.100 )

(11) 下列元素中各基态原子的第一电离能最大的是( A. Be C. C B. B D. N

(12) 第二电离能最大的原子,应该具有的电子构型是( A. 1s22s22p5 C. 1s22s22p63s1 B. 1s22s22p6 D. 1s22s22p63s2



(13) Li、Be、B 原子失去一个电子,所需要的能量相差不是很大, 但最难失去第二个电子的原子估计是( A. Li C. B B. Be D. 都相同
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(14)下列各对元素中,第一电子亲和能大小排列正确的是( A. O>S; C. Cl>Br; B. F<C;

)

D. Si<P。

(15)一个 2p 电子可能被描述为下列六套四个量子数之一: ① 2,1,1,+ 12 ④ 2,1,0,- 12 ② 2,1,1,- 12 ⑤ 2,1,-1,+ 12 ③ 2,1,0,+ 12 ⑥ 2,1,-1,- 12 ).

氧的四个 2p 电子可能的各套量子数是 ( A. ①②③④ C. ①③⑤⑥ B. ③④⑤⑥ D. ①③④⑥

(16) 下列轨道上的电子, xy 平面上的电子密度为零的是 ( 在 A. 3s C. 3pz 2.填空 B. 3px D. 3 d z
2

)

(1) M2+离子 3d 轨道上有 5 个电子,该元素的名称是________。 (2) 第 80 号 元 素 的 原 子 的 电 子 排 布 是

______________________________ ,它位于第_______周期 ____________族,其化学符号是________。 (3) 在 3d 电子云的径向分布图中有 个概率峰。

(4) 第三周期有两个成单电子的元素是_______, _______; 第四 周期元素中未成对电子最多可达_____个; 轨道为半满的 3d

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+3 价阳离子是___________。 (5)某元素原子共有 3 个价电子, 其中一个价电子的四个量子数为 n = 3, l = 2, m = +2, ms = + 12 。 该元素的原子序数为 元 素 符 号 为 为 。 ,

, 其 核 外 电 子 排 布

(6) 在卤素(F, Cl, Br, )基态气相原子中, I 第一电子亲和势(绝 对值)最大的是___________。 3.简答题 (1) 将氢原子核外电子从基态激发到 2s 或 2p 轨道,所需要的能 量是否相同?为什么?如果是氦原子情况又是怎样的? (2) 下列说法是否正确?不正确的应如何改正? ① s 电子绕核运动,其轨道为一圆周,而 p 电子是走∞形的; ② 主量子数 n 为 1 时,有自旋相反的两条轨道; ③ 主量子数 n 为 4 时,其轨道总数为 16,电子层电子最大容 量为 32; ④ 主量子数 n 为 3 时,有 3s,3p,3d 三条轨道。 (3) 写出具有电子构型为 1s22s22p5 的原子中各电子的全套量子 数。 (4) Na+和 Ne 是等电子体,为什么它们的第一电离能的数值差别 较大?
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(5) 某元素在 Kr 之前,当它的原子失去 3 个电子后,角量子数 为 2 的轨道上的电子恰好是半充满。 写出该元素的核外电子排 布式并指出该元素位于哪一周期?什么族?什么区?中文名 称是什么? (6) A,B 两元素,A 原子的 M 层和 N 层的电子数分别比 B 原子 的 M 层和 N 层的电子数少 7 个和 4 个。写出 A,B 两原子的 名称和电子排布式。 1.4 习题答案
1.选择题 (1) A; (2) D; (3) D; (4) B; (5) A; (6) C; (7) B; (8) C; (9) B;(10) B;(11) D;(12) C;(13) A;(14) C;(15) C; (16) C。 2.填空题 (1) 锰(或 Mn); (2) [Xe]5d104f146s2,6,ⅡB,Hg; (3) 1; 3.简答题 (1) 答:由于氢原子是单电子原子,E2s=E2p,所以将氢原子核外电子从基 态激发到 2s 或 2p 轨道,所需要的能量相同。氦原子是多电子原子,两 个电子间存在斥力 E2s≠E2p,所以将氦原子核外电子从基态激发到 2s 或 2p 轨道,所需要的能量不相同。 (2) 答:①不正确。改为:s 轨道的角度分布图为一个以原子核为球心的 球面。p 原子轨道的角度分布图为两个在原点相切的球面。 ②不正确。 改为:主量子数 n 为 1 时只有一条轨道,可容纳自旋相反的两个电子。 ③正确。 ④不正确。改为:主量子数 n 为 3 时,有 3s,3p,3d 三个
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(4) Si,

S; 6, Fe3+。 (6) Cl。

(5) 21,Sc,1s22s22p63s23p63d14s2;

亚层,共有 9 条轨道。 (3) 答: n : 1 1 2 2 2 l 0 0 0 0 1 m 0 0 0 0 0 ms +1/2 –1/2 +1/2 –1/2 +1/2 2 1 0 2 1 1 2 1 1 2 1 -1

-1/2 +1/2 -1/2 +1/2

(4) 答:Na+和 Ne 的第一电离能都是从稳定的稀有气体结构(2s22p6)中失 去一个电子所需要的能量。但电子从带正电荷的 Na+失去,远比从中性 原子 Ne 中失去困难得多。所以 Na+的第一电离能比 Ne 的第一电离能 大很多。 (5) 答:该元素的核外电子排布式为 3d64s2。该元素位于第 4 周期,ⅧB 族,d 区,中文名称是铁。 (6) 答:A 为钒(V) 电子排布式为: B 为硒(Se) 电子排布式为: 1s22s22p63s23p63d34s2 1s22s22p63s23p63d104s24p4

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