23高中化学竞赛题--原子电子结构

1、最新中学化学竞赛试题资源库一一原子电子结构A组.氢原子的电子云图中的小黑点表示的意义是A 一个小黑点表示一个电子C 表示电子运动的轨迹B 黑点的多少表示电子个数的多少D 电子在核外空间出现机会的多少.在化学反应中，会发生变化的是电子数 D质量数2倍，那么此元素是2倍，那么此元素是A质子数 B 中子数 CK层电子数的D NK层电子数的D N.某元素原子L层电子数是A FB CC O.某元素原子L层电子数是A FB CC O.在第n电子层中，当它作为原子的最外层时，容纳电子数最多与n-1层相同；当它作为原子的次外层时，其电子数比n+1层最多容纳电子数多 10个，则此电子层是A K层 B L层 C

2、M层 DN层.按照核外电子排布规律：各电子层最多容纳电子数为2n2 （n为电子层数）；最外层电子数不超过8个；次外层电子数不超过 18个，预测核电荷数为 118的元素的原子核 外电子层排布是2, 8, 18, 32, 50, 82 8 18 32 50 18 8NOA 2, 8, 18, 32, 32, 18, 8 BC 2, 8, 18, 32, 18, 8D.在下列分子中，电子总数最少的是A H2sB O2 C CO D.下列离子中，所带电荷数与该离子的核外电子层数相等的是A Al3+B Mg2+C Be2+D H +.下列离子中，电子数大于质子数且质子数大于中子数的是 + +A D3OB

3、 Li C OD -D OH 一.下列各组微粒中，核外电子总数相等的是A K 卡和 Na+B CO2 和 NO2C CO 和 CO2D N2 和 CO.下列各组粒子中，含有相同的电子总数的是A S2 与 HF B H2O 与 F C H2O 与 NH4+D Na+与 K+.下列各组微粒中，核外电子总数相等的是A k+和 Na+B CO2 和 NO2C CO 和 CO2D N2 和 CO.下列四组物质中，两种分子不具有相同核外电子总数的是A H2O2和 HCl B CO 和 NO C H2O 和 CH4 D H2s 和 F2.下列各组粒子中，核外电子排布相同的是A Al 和 Al3+B Na 和

4、 F C Na卡和 Ne D S2 和 Cl.已知硼化物BxHyz与BioC2H12的电子总数相同，则 BxHyz一的正确表达式为A B9H152B B10H142C B11H132D B12H122. A元素的离子 An ,其核外共有x个电子，该原子的质量数为y,则原子核内含有的中子数为A yx+nB y x nC y + x + nD y + x n.在离子RO3中共有x个核外电子，R原子的质量数为 A,则R原子核内含中子 的数目为A18.AA + n+48+x B某二价阳离子核外有34 B 32 CA-n-24-xC A-n + 24-x D A+n+24-x24个电子，其质量数为 56

5、,它的核内中子数是A某阴离子X16O3一具有42个电子，质量数为83,那么X元素原子核内的中子数为14 B 15 C 17 D 18某金属X的含氧酸根离子带有一个单位负电荷，其核外共有各组成原子的质量数之和是119,中子数是A 29 B 30 C 37A、阴离子的原子核内有 含电子的物质的量为A n(m x 2)/m mol BC (m x+2)/mn mol D其中X在此原子团中显示的化合价是58个电子，酸根中7,则X的核内D 38x个中子，A元素的质量数为 m,则n克A阴离子所22 .假设A元素不存在同位素,n(m x + 2)/m mol(m x 2)/mn molA2阴离子的原子核内有

6、 x中子，A元素的质量数为30 D 78m,则n克A2阴离子所含电子的物质的量为A n(m x 2)/m molB n(m x+2)/m molC (m x+2)/mn mol23. X原子的核电荷数为 同，则Y原子的核电荷数为A 1对 B 2对 C 3对28.下列分子的电子式书写正确的是H：N： HMN：B四氯化碳C1cr-ciciClD 二氧化碳D (m x 2)/mn mola,它的阴离子 X与Y原子的阳离子 Yn+的电子层结构相A a+ m+nB a m nC m+n a D m n a. X、Y、Z和R分别代表四种元素。如果oXm+ bYn+、cZ、dRm四种离子的电子层结构相同(a

7、、b、d、d为元素的原子序数)，则下列关系正确的是A a c= m nB a b=nmC c d= m+nD bd=n+m. a、b、c、d是118号元素，a、b元素的阳离子和 c、d元素的阴离子都具有相 同的电子层结构，且 b元素原子的最外层电子数比a元素原子的最外层电子数少，c的阴离子所带的负电荷比 d的阴离子所带的负电荷多，则它们的核电荷数大小关系是A a bdcB cbadC abc dD bacd.已知元素R有某种同位素的氯化物 RClx (RClx为离子化合物)，该氯化物中R微 粒核内中子数为 Y,核外电子数为Z,该同位素的符号为丫Y ZY ZX Y ZA Z R B z R C

8、x zR D x z R则在周期表的前10.两种元素原子的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等, 号元素中，满足上述关系的元素共有29.下列表达方式错误的是H甲基的电子式口吧：H硫离子的结构示意图 1 2 8 8 JJJ用小黑点代表未成键的最外层电子，短线代表共价键，则NH3分子可表示为：30.下列表达方式错误的是甲烷的电子式HII ：C： H *HB Be原子的结构示意图：332.N3离子的核外电子排布式 下列电子式中错误的是:1s22s22p6D羟基的电子式33.34.C35十NaB ：0： H)卜列表达方式错误的是氯化氢分子的电子式： HO 18原子的符号：18。下列各项中表达正确的是

9、L的结构示意图:NaCl的电子式：下列各项表达正确的是HN： H H:H ：C： H HS2一的结构示意图:CO2分子的结构式:O = C= OB CO2的分子模型示意图:D N2的结构式：N三N：H2O的分子模型示意图:F的结构示意图:乙烯分子的结构简式：CH 2CH 2CaCl2的电子式:Oa2+C 236.写出下列微粒的化学式：(1)由两个原子核和 18个电子组成的分子,由两个原子核和 18个电子组成的阴离子为(2)由五个原子核和10个电子组成的分子为,由五个原子核和10个电子组氟化钠的电子式_ _硫离子的核外电子排布式1s22s22p63s23p4碳12原子 16 C下列微粒的表达式中

10、正确的是 过氧化钠的结构式：Na-O-O-Na成的阳离子为.在118号元素组成的化合物中具有三核10个电子的共价化合物是 ;具有三核20个电子的离子化合物是 。.叠氮化合物在化学工业上有其重要应用。N3叫做叠氮离子，请写出由三个原子构成的含有同N3一相同电子数的微粒的化学式(三种) 。.在含有多个电子的原子里，电子的能量并不相同。能量低的通常在离核 运 动；能量高的通常在离核 。通常用 来表明运动着的电子离校远近的不同。.由核电荷数为118的元素组成的分子、阳离子、阴离子，核外共有 10个电子 的微粒有(填写分子式或离子符号)：(1) 分子有、和 O(2)阳离子除 H3O+外，还有 、和。(3

11、)阴离子除 NH2外，还有、和。41.下列粒子的结构示意图是否正确？若不正确，请说明理由。XNe1234567H、Be)42.两种元素的核外电子层数之比与最外层电子数之比相等，则在周期表的前18号元素中，满足上述关系的元素组合有(不一定填满)：. A原子的L电子层比B原子的L电子层少3个电子，B原子核外的电子总数比 A 原子的核外电子总数多 5个。则A是, B是。.有A、B两种原子，A原子的L层比B原子的L层多4个电子，而B原子的M 层比A原子M层少2个电子，推测 A、B两种元素的符号，并画出原子结构示意图？. A、B、C三种元素，其中有一种金属元素。A、B原子的电子层数相同。B、C原子的最外

12、层电子数相同。又知这三种元素原子的最外层电子数之和为17。原子核中的质子数之和为31。试通过计算确定这三种元素的名称。B组.电子构型为Xe4f 145d76s2的元素是A稀有气体B过渡元素 C主族元素 D稀土元素.下列离子中最外层电子数为8的是A Ga3+B Ti4+ C Cu+D Li+.下列基态原子的核外电子排布中，单电子数最多的是A Ar3d 94s1B Ar3d 54s1 C Ar3s 23p3D Ar3d 54s2. A、B是短周期元素，最外层电子排布式分别为msx, nsxnpx+1。A与B形成的离子化合物加蒸储水溶解后可使酚酗:试液变红，同时有气体逸出，该气体可使湿润的红色石 蕊

13、试纸变蓝，则该化合物的分子量是A 38 B 55 C 100 D 135.无机化合物甲、乙分别由三种元素组成。组成甲、乙化合物的元素的特征电子排布都可表示如下：asa、bsbbpb、csccp2co甲是一种溶解度较小的化合物，却可溶于乙的水 溶液。由此可知甲、乙的化学式分别是 、;甲溶于乙的水溶液化学方程 式为O.现代原子结构理论认为，在同一电子层上，可有s、p、d、f、g、h等亚层，各亚层分别有1、3、5、个轨道。试根据电子填入轨道的顺序预测：(1)第8周期共有 种元素；(2)原子核外出现第一个 6f电子的元素的原子序数是 ;(3)根据“稳定岛”假说，第114号元素是一种稳定同位素，半衰期很

14、长，可能在自然界都可以找到。试推测第114号元素属于 周期，族元素，原子的外围电子构型是. 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，并说明推理过程。C组. (1)写出下列原子或离子的电子排布式：N、Ar、Fe Fe2+、Pr3+(2)在这些原子或离子中含有多少未成对电子？.馍原子的电子构型为 内加84s2,试判断下一号元素Cu的电子构型Ar3d 104s中4s电子数？.所有原子序数Z为奇数的原子一定至少含有一个未成对电子，试说明原子序数为偶数的原子能含有未成对电子吗？如果答案是肯定的，请在前三个周期的元素中找

15、出例 证。.在第一过渡系元素(Z = 2130)中哪些原子是反磁性的？写出它们的电子构型。. Cr的电子构型不服从 Aufbau电子排布原理，试推断Cr实际的电子构型， 并解释 这种异常现象。.负离子的电子构型仍然遵循 Anfbau原理，试写出H N3 L和S2的电子构型？.写出N Re3+和Ho3+的电子排布式，并判断这些离子中的未成对电子数是多 少？.最先出现g亚层的是哪一主层，写出它的n值和代表符号？如果你的答案是正确的，你将会看到2/3的已知元素在此层填有电子，试说明为什么没有g电子？.如果M的下一个稀有气体元素是能够稳定存在或可被人工制造的，并假设处于基态的此元素的9个g轨道仍然没有

16、被电子占据，试推断它的原子序数？.在绝大多数化合物中例系元素是以+3价态存在的，但有时在少数几种离子型化合物中也能发现 Ce”和Eu2+,试用价电子构型解释这些离子的变价行为？.五种元素的原子电子层结构如下：A 1s22s22p63s23p63d54s2B 1s22s22p63s2C 1s22s22p6D 1s22s22p63s23p2E 1s22s1试问其中(1)哪种元素是稀有气体？(2)哪种元素最可能生成具有催化性质的氧化物？(3)哪种元素的原子的第一电离能最大？64.写出Eu (63号)、Te (52号)元素原子的电子排布式。若原子核外出现5g和6h五层，请预测第九、十周期最后一个元素原

17、子序数和它们的电子排布。.假定在下列电子的各组量子数中n正确，请指出哪几种不能存在，为什么？n= 1, l=1, m=1, ms= 1。n= 3, l=1, m = 2, ms= +1/2。n= 3, l = 2, m=1, ms= 1/2。n= 2, l = 0, m = 0, ms= 0。n= 2, l = - 1, m=1, ms=+1/2。n= 4, l = 3, m = 2, ms= 2。.试用斯莱脱(Slate)规则分别计算作用于 Fe的3s、3p、3d和4s电子的有效核电 荷数，这些电子所在各轨道的能量及Fe原子系统的能量。.电离1mol自由铜原子得1mol Cu ,需能量为74

18、6.2kJ,而由晶体铜电离获得 1mol Cu +离子仅消耗434.1kJ能量。试问：(1)说明上述两电离过程所需能量不同的主要原因。(2)计算电离1mol晶体铜所需照射光的最大波长。(3)升高温度可否大大改变上述两电离过程所需能量之差？.在我们这个三维空间世界里的周期系是根据4个量子数建立的，即n = 1,2,3,；l = 0, 1,，(n 1); ml=0, 1, 2，l; ms=1/2。如果我们搬到一个想像的 “平 面世界”去，那是一个二维世界，那里的周期系根据三个量子数建立的，即n= 1,2, 3,；m = 0, 1, 2， (n1); ms = 1/2。这个平面世界”里的 m所表示的

19、意义，相 当于三维世界中l和ml二者作用(例如用它也能表示s、p、d能级)。不过，我们在普通三维世界中的基本原理和方法对二维“平面世界”是适用的，下面几个问题都与这个 “平面世界”有关。(1)画出“平面世界”周期表中前四个周期，在其中按照核电荷标明原子序数，并 用原子序数(Z)当作元素符号，写出每一元素的电子构型。(2)现在研究nw 3的各元素，指出与“平面世界”中每种元素相对应的我们三维空 间中的各种元素的符号，根据这种相似性，你估计在常温、常压下，哪些“二维世界”单 质是固体？哪些是液体？哪些是气体？(3)画出n=2各元素的杂化轨道。在“平面世界”中的有机化学是以哪一种元素为 基础的(用原

20、子序数作元素符号)？指出乙烷、乙烯和环己烷分别与在“平面世界”中什 么化合物对应。在“平面世界”中什么样的芳香化合物可能存在？(4)在这个“平面世界”中，有哪些规则和三维世界中所用的8电子和18电子规则相当？(5)画图说明n= 2的几个“平面世界”元素的第一电离能变化趋势。在“平面世界”周期表中，画出元素的电负性增长方向。.氢原子的稳态能量由下式给出：En= 2.18X 10 18/n2 (J), n是主量子数。(1)计算(所有计算结果均要带单位)：第1激发态(n=2)和基态的能量差； 第6激发态(n=7)和基态(n= 1)之间的能量差。(2)上述赖曼(Lyman)系跃迁处于什么光谱范围？(3

21、)解释由Lyman系光谱的第三条线及第 6条线产生的光子：能否使处于基态的7.44 X 10另外的氢原子电离？能否使晶体中的铜原子电离？(铜的电子功函数为。= 19J)(有关常数：普朗克常数 c= 2.99792 X 108m/s)(4)若由Lyman系光谱的第1条谱线和第6条谱线产生的光子能使铜晶体电离，计算上述(3)两种情况中从铜晶体发射出的电子的德布罗意波长。h=6.6256X 10 34J/s,电子质量 m (e) = 9.1091 x 10 31kg,光速.已知电子沿着圆环运动(如下图)的势能函数V为：0+ioo, r WK其Schr6dinaer方程为:将变数x改成和角度有关的函数

22、， X =R,解此方程可得波函 数 加和相应能量En的表达式如下：以-7=6PG# n为量子数，k=0,士理一 8M R?(1)以“h2/8兀2mR2”作能量单位，作图示出能级的高低及能级简并情况。(2)画出口比咤(C5H5N)和口比咯(C4H4NH)的价键结构式。将环中的兀电子运动情 况近似地看作如上图所示的状态， 说明环中兀键电子的数目， 以及它们的LUMO和HOMO。 将电子从HOMO跃迁到LUMO ,哪一种化合物所需的光的波长要短些？(3)在口比咤盐酸盐(C5H5NH4+ C)中，正离子中兀键电子数是多少？讨论为什么中性的口比咯C4H4NH能稳定存在，而中性的 C5H5NH不稳定？(4

23、)联系讨论单环共轲多烯体系 4m+2规则的本质。1 Z7r7r. He的某状态函数为3=L= 2 r exp 幺4 2aa02 a0(1)写出该状态的量子数 n, l, m值；(2)求算该状态节面处的r值；(3)计算该状态的能量；(4)计算该状态的角动量；(5)画出蛆炉和r2/对r的简单示意图。.氢原子光谱可见波段相邻 4条谱线的波长分别为 656.47, 486.27, 434.17和 410.29nm,试通过数学处理将话线的波数归纳成下式表示，并求出常数 R和整数n； , nz 的数值。v = R (1/m2 1/e2).按Bohr模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径(分别用原子的折

24、合质 量和电子的质量计算并准确到5位有效数字)和线速度。.对于氢原子：(1)分别计算从第一激发态和第六激发态跃迁到基态所产生的光谱线的波长，说明 这些谱线所属的线系及所处的光谱范围。(2)上述两谱线产生的光子能否使：(i)处于基态的另一氢原子电离？ ( ii)金属铜中的原子电离？(铜的功函数cu= 7.44X 10-19 J)(3)若上述两话线所产生的光子能使银晶体的电子电离，访计算从铜晶体表面射出 的光电子的德布罗意波的波长。.请通过计算说明，用氢原子从第六激发态跃迁到基态所产生的光子照射长度为 1120 pm的线型分子 H2CCHCHCHCHCHCHCH 2,该分子能否产生吸收光谱？若能，

25、计算 谱线的最大波长；若不能，请提出将不能变为可能的思路。.计算氢原子的基态波函数在r=ao和r = 2ao处的比值。.计算氢原子的1s电子出现在r= 100pm的球形界面内的概率。.计算氢原子的积分：尸”)IM/BinMrd&d*作出P (r) r图，求P (r) = 0.1时的r值，说明在该r值以内电子出现的概率是 90%。.已知氢原子的归一化基态波函数为；我勺(1)利用量子力学基本假设求该基态的能量和角动量；(2)利用维里定理求该基态的平均势能和零点能。.已知氢原子的 幄. = 一为三皿1熄试回答下列问题：(1)原子轨道能 E=?(2)轨道角动量|厉：=?轨道磁矩|=?(3)轨道角动量

26、M和z轴的夹角是多少度？(4)列出计算电子离校平均距离的公式(不必算出具体的数值)。(5)节面的个数、位置和形状怎样？(6)概率密度极大值的位置在何处？(7)画出径向分布示意图。.对氢原子，10=+)+1,所有波函数都已归一化。请对 少所描述的状态 计算：(1)能量平均值及能量为一 3.4 eV出现的概率；(2)角动量平均值及角动量为亚h/2兀出现的概率；(3)角动量在z轴上的分量的平均值及角动量z轴分量h/兀出现的概率。.试在直角坐标系中画出氢原子的5种3d轨道的轮廓图，比较这些轨道在空间的分布，正、负号，节面及对称性。.写出He原子的Schr?dinger方程，说明用中心力场模型解此方程时

27、要作哪些假设， 计算其激发态(2s) 1 (2p) 1的轨道角动量和轨道磁矩。.写出Li离子的Schr?dinger方程，说明该方程中各符号及各项的意义；写出 Li2 +离子1s态的波函数并计算或回答：1s电子径向分布最大值离核的距离；1s电子离核的平均距离；1s电子概率密度最大处离核的距离；(4)比较Li2+离子的2s和2 p态能量的高低;Li原子的第一电离能(按Slater屏蔽常数算有效核电荷)。. Li 原子的 3 个电离能分别为 Ii = 5.39eV, l2=75.64eV, l3= 122.45eV,请计算 Li 原子的1s电子结合能。.已知He原子的第一电高能 Ii = 24.5

28、9 eV,试计算：(1)第二电离能；(2)基态能量；(3)在1s轨道中两个电子的互斥能；(4)屏蔽常数；(5)根据(d)所得结果求H 的基态能量。.用Slater法计算Be原子的第一到第四电离能，将计算结果与Be的常见氧化态联系起来。.用式 u =募。q计算Na原子和F原子的3s和2P轨道的有效半径r*。式中n和 Z*分别是轨道的主量子数和该轨道上的电子所感受到的有效核电荷。.写出下列原子能量最低的光谱支项的符号：(a) Si; (b) Mn ; (c) Br; (d) Nb ;(e) Ni.写出Na原子的基组态、F原子的基组态和碳原子的激发态(1s22s为pbp1)存在的光谱支项符号。.基态

29、Ni原子可能的电子组态为：(a) Ar3d 84s2； (b) Ar3d 94s1,由光谱实验确 定其能量最低的光谱支项为午4。试判断它是哪种组态。.列式表明电负性的 Pauling标度和Mulliken标度是怎样定的。.原子吸收光谱分析较原子发射光谱分析有哪些优缺点，为什么？.什么是X射线荧光分析？ X射线怎样分光？.什么是电子探针？有何优点?96.当两个氢原子相互靠拢时，它们的 1s原子轨道相互作用形成成键(bonding )分子轨道和反键(anti bonding）分子轨道（考虑分子的对称性，我们可以以同样的方式讨论较复杂的原子形成分子轨道的情况。试考虑臭氧分子 O3,它的形状很像澳大利

30、亚的飞去来器(boomerang)。按下列坐标安放臭氧分子中的氧原子(分子平面为yz面)，并假定每个氧原子有 1s、2s、2px、2py和2Pz轨道(下图)原子Oa和Oc可以用对称性关联起来，它们的1s轨道可以进行对称和反对称组合(下图)：反对称在该分子中 Ob的1s轨道属于对称的。它可以跟由上述的 Oc组合成的轨道进行对称性组合（但是不能跟反对称的轨道进行组 合）,形成成键和反键分子轨道，反对称组合是非键 （nonbonding最后三个分子轨道为如右图所示。反“鼻量（1）在答卷纸上用类似的方法构筑由三个原子的2s轨道、三个原子的 2Px轨道、个原子的2py轨道以及三个原子的 2Pz轨道形成的

31、分子轨道。（记住：Oa和Oc首先发生对 称的和反对称的组合）（2）现在我们可以按能级从低到高的顺序重新安排这些分子轨道。这样做也可以构筑其他三原子分子轨道。这些轨道的能量在弯曲的三原子分子（如臭氧）里与线形分子（如二氧化碳）里是不同的。轨道能级的变化可以用答卷纸上的的“Walsh图”（下图）表示。该图给出了每一个轨道的能量随 Y角度的变化而发生的变化。各轨道的对称性用下角标表示。在Walsh图中的6ai轨道如右图所示。XY型分子Y X XY2分子的Walsh图当键角由90。变为180。时，为什么6a1轨道的能量增加得如此迅速？从下面选择一 个答案。A 因为成键特征降低B 因为反键特征增加C A

32、和B都成立D 因为轨道重叠减少（3）只有占有电子的分子轨道才影响分子的几何构型。充满电子的轨道比只有一个电子的轨道对分子构型的影响更大。例如，O3有24个电子，键角为135 , 一直到6a1的所有轨道都充满电子。因此，考虑到空间排斥作用，即4b2、1a2和6a1轨道的能量对比和立体排斥作用，臭氧分子最低能量的几何构型有可能倾向于靠近Walsh图的左侧，这与实验测定的键角116相吻合。参考Walsh图写出在键角为135时，BO2、CO2、NO2和FO2最高占据轨道的对称性 符号。O3BO2CO2NO2FO26ai 24e(4) BO2、CO2和O3的实测键角分别为180、180 和 116,应用

33、答卷纸上的图预测NO2和FO2比O3弯曲程度大还是小。从下面选择一个答案。A B C DNO2的弯曲程度大于 O3,而FO2比O3更弯曲。NO2比O3更弯曲，而NO2不如O3弯曲，而NO2不如O3弯曲，而FO2不如O3弯曲。FO2也不如 O3弯曲。FO2比O3更弯曲。参考答案（28）DCBBCACBDDB、CDBCDADCDBBBADADBCACCCAAA 一 十(1) HCl HS CH4 NH437 H2OLiHS 或 NaOH38 CO 2 N2O BeF2 Li2F39较近的区域较远的区域 电子层40 (1)CH4、NH3、H2O、HF、Ne(2)NH4 + Na+、Mg2+、Al3+

34、(3)OH、N3、O2、F41、不正确，正确He、C H、Al He、S Be、Al C、SN MgA 为 Mg , B 为 CA为锂，B为速，C为僦BBB49 C50 BeCO3 H2CO3 BeCO3+H2CO3=Be(HCO3)251 ( 1) 50(2) 139 (3)七 WA 7s27p252 A原子的M层电子数比B原子的M层的电子数少7个，说明B原子的M层已经排满； A原子的N层的电子数比 B原子的N层的电子数少4个，说明B原子的4s轨道已经 排满，由电子排布的知识很容易判断出AB来。A为锐(V),电子排布式为Ar3d 34s2；B 为硒(Se), Ar3d 104s24p453

35、(1) N的原子序数是7。第一层(K层)最多可容纳2个电子，剩下的5个电子排布 在第二层(L层)中，能量较低的 S轨道排2个，其余3个排在p轨道中。电子排布 式为：Is22s22p3 通常把内层已达稀有气体的电子层结构写成“原子实”，用稀有气体符号加括号来表示，He 2s22p3Ar的原子序数是18。将电子按次序相继排人到K, L和M层中，Is22s22p63s23p6Fe的原子序数是26。超出Ar电子层结构的电子按次序先后排入到4s和3d轨道中，直到26个电子全部排完。Fe的电子排布式为：Is22s22p63s23p63d64s2或Ar 3d64s2 Fe2有24个电子，比电中性的Fe原子少

36、2个电子。虽然在原子序数为 19和20 (K和 Na)的元素中4s轨道的能量比3d轨道低，但在较高核电荷情况下这一顺序发生颠倒。一般来说，具有最大主量子数的轨道上的电子最容易失去。Fe2卡的电子排布式为：Ar3d6Pr3有56个电子，比电中性的 Pr原子少3个电子。在稀有气体 Xe的电子层结构之后 是第六周期，电子的充填顺序是；6s2、再排l个5d、然后是4f轨道直至排满为止、再排空下的5d,最后是6P轨道。时常会发生先填充 4f轨道而不是sd,或者是先填充sd 而不是6s轨道，不过又于Pr3+来说这些不规则填充顺序无关紧要。按正常规则从中性原子中移走3个电子形成Pr3+离子，即首先移去最外层

37、(主量子数n最大的)电子，然后再移去次外层电子。首先移去6s电子，如果有5d电子的话，随后应移去 5d电子(所以说即便是中性原子中有一个5d电子在这种情况下也是要被移去的)。Pr3+的电子排布式为Is22s22p63s23p63d104s24p64d104P5s25p6 或Xe 4f2(2)在一个完全充满电子的亚层中没有未成对电子，所以无须对稀有气体电子结构进行考察。对于N原子，2p是仅有的未充满亚层。 按Hund规则3个电子应分占三个不同 p轨道， 所以它有3个未成对电子。Ar原子中没有未充满亚层，因此没有未成对电子。Fe有6个电子处于仅有的一个未充满亚层中，在5个d轨道中有一个容纳配对的

38、2个电子，其余4个轨道各含一个未成对的单电子。所以它含有4个未成对电子。Fe2有4个未成对电子，理由同FePr3+有2个未成对电子，在 7个可占据的f轨道中只有两个轨道各被一个电子所占据。54按常规考虑完成 Cu的电子排布，应该是在它前面元素Ni的电子构型基础上再加入 1个电子，由此预期应该只有9个d电子。对于原子序数为 19的元素，3d亚层的能量无疑比4s高，因此钾原子有 1个4s电子而没有3d电子。但是，当 4s亚层填满以后， 从21号元素开始填充3d亚层时，随着3d电子相继填入，3d亚层的平均能量随之降 低。这是由于每填入一个电子增加一个原子序数，随之增加一个核电荷，而填入的3d电子对同

39、层的其他 3d电子的屏蔽作用较低，因此随着3d电子的填入，核对3d电子束缚增加，3d亚层能量逐步下降，以至低于4s。555657585960616263646566若采取Ar 3d104s1电子构型，则具有一个稳定的球形对称密度分布，因为全充满或 半充满亚层是稳定的。若采取 Ar 3d94s2电子构型，则在3d亚层中有一个“孔穴”， 与全充满3d电子构型相差1个电子，从而破坏了球对称性和额外的稳定化作用。综上所述，Cu的电子构型Ar3d 104s1。可以，C、O、Si和S只有Zn一个元素，Ar 3d104s2Cr实际的电子构型为Ar 3d54s1。按照Aufbau原理Cr的价电子构型应该是 3

40、d44s2, 将s轨道的一个电子填人 d轨道，可形成球形对称的半充满电子构型，从而获得额外 的稳定化能。H : 1s2或He N3 ： Ne F ： Ne S2 : ArNi2+； Ar 3d8,含2个未成对电子；Re3+： Xe4f 145d4,含4个未成对电子；Ho3+: Xe4f 10,含4个未成对电子。n=5 (符号为O)时，允许的最大l=4 (符号为g)。按Anfbau原理，g轨道的能量太 高，以至于不能接纳任何电子。118Ce4+具有稀有气体Xe的稳定电子构型；Eu2+含有61个电子，电子构型为Xe4f7,具 有稳定的半充满结构。(1)稀有气体元素原子的外层电子构型为ns2np6,

41、即s和p能级是全满的，因此上述C是稀有气体元素，它是 Ne。(2)过渡元素在化合物中具有可变的化合价，因此它们的氧化物往往具催化性质。在上述五种元素中，A是过渡元素，它的氧化物 MnO2是KClO 3热分解反应的催化剂。(3)由第一电离能在同一周期和同一族内的递变规律。可以推想到，第一电高能较大的元素应集中在p区元素的右上角区域，而上述五种元素中，C正处于这一区域，因此C是这五种元素中第一电离能最大的元素。由于第一层仅有 s亚层，第二层出现 2p,第三层出现3d,第四层出现4f,可推知第五 层新增5g,第六层新增6h,各亚层排布的电子数为s2、p6、d10、f14、g18、h22电子的排布遵循

42、，ns 一 (n 4)h 一 (n 3)g 一 (n 2)f 一 (n 1)d 一的顺序Eu (63)号 Te (52号)为周期在中元素排布分别为Eu : Xe5f 76s2 Te： Kr4d 105s25p4第九周期最后一个元素应从9s开始排布，以118号稀有气体为原子核：1189s26h 226g187f148d109p6。原子序数为：118+2+ 18+ 14+ 10+6= 168 第十周期最后一个元素从10s开始排布，以168号稀有气体为原子核：16810s26h227g188f 149d1010p6,原子序数为：168+ 2+22+ 18+ 14+ 10+6=240 (1)、(2)、

43、(4)、(5)、(6)组不能存在。因为：(1) n = l时，l只能为0, m也只能为 0, ms能为+ 1/2 或一1/2; (2) n=3, l=l 时，m 只能为 0 或+ 1,或一1; (4) n = 2, l只能为0或1, ms只能为1/2或一1/2。n = 2, l只能为0或1; (6) ms只能为1/2或 1/2Fe 的原子序数为 26,轨道分组为：(1s2) (2s22p6) (3s23p6) (3d6) (4s2),其中 3s Z* = 14.75 3p Z8= 14.75 3d Z* =6.25 4s Z* = 3.75。所以有 E3s= E3P = 52.7X 10 18

44、J, E3d= 9.46X 10 18J, E4s=1.92X 10 18J。对于 2s、2p Z* =21.8, 1s Z* = 25.70。E2s = E2p= 0.260X 10 15J, Eis= 1.439X 10 15J。故 Fe 系统的能量：E= 2E1s+2E2s+ 6E2P + 2E3s+6E3P+6E3d+2E4s= 5.44X 10 15J 提示：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。因 此，对于多电子原子来说，如果考虑到屏蔽效应，则每一个电子的能量应为：E=- 13.

45、6X(Zb)2/n2 (eV),从式中可见，如果能知道屏蔽常数%则可求得多电子原子中各能级的近似能量。影响屏蔽常数大小的因素很多，除了与屏蔽电子的数目和它所处原子轨道的大小和形状有关以外，还与被屏蔽电子离校的远近和运动状态有关(T屏蔽常 数。可用斯莱脱提出的计算屏蔽常数的规则求得。斯莱脱规则如下：将原子中的电子 分成如下几组：(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p),如此类 推。位于被屏蔽电子右边的各组，对被屏蔽电子的b=0近似的可认为：外层电子对内层电子没有屏蔽作用。1s轨道上两个电子之间b=0.30。其他主量子数相同的各

46、分层电子之间的b= 0.35。当被屏蔽电子为 ns或np时，则主量子数为(n1)的 各电子对它们的(r= 0.85,而小于(n-1)的各电子对它们的屏蔽常数(r=1.00。被屏蔽电子为nd或nf电子时，则位于它左边各组电子对它们的屏蔽常数b=1.00。在计算某原子中某个电子的b值时，可将有关屏蔽电子对该电子的(T值相加而得。67 (1) 746.2是1mol铜的电离势,即E (Cu) = Ip (Cu) Na,而对于晶体铜,能量434.1kJ 是1mol铜的电子脱出功，即4 m (Cu) = 4 ( Cu) Na。由于晶体的晶格中存在着电 子与电子、核与核、核与电子之间的相互作用和晶格振动，使

47、原子损失能量，导致晶体铜电离时所需能量较低，两电离过程所需能量的差为AE=Ip(Cu) () (Cu) NAo2.76X107 (m) 该波长在紫外光区。(3)温度将大大改变能差AE。温度上升引起电离势降低，但对电子脱出功却难以确定。根据定义：()(Cu)= - ehomo (HOMO为最高被占分子轨道)，即电子脱出功是 最高占据分子轨道能量的负值(在高温下) ，因此T一国AE = 0,即在高温下从原子 或从晶体发射电子并无差别，此时已是自由电子。，“平面世界”中不可能有芳香,C2H4： 1L5-1, C6H12：由元素的电子构型及轨道杂化可知“平面世界”中有机化合物是以元素 5为基础；C2H

48、6：族化合物，因为没有 Pz轨道组成具有共轲了键的苯环存在。(4) “平面世界”中6电子和10电子规则分别相当于三维空间中8电子和18电子规(5) n= 2时“平面世界”中各元素的第一电离能变化趋势如下图左所示，电负性增(2)处于紫外光范围A Ek (4)70 ( 1)基态(2)n=0是非简并态，而其他 n w 0的状态都是二重简并态。(3)电离氢原子，所需能量为O一Ei = 2.18X1018J= A Ei。A E2-1、A E7；均小于A Ei,因而单个光子不能使基态氢原子电离。晶体中原子的电离基于光电效应hr(Cu) + 1/2mv2。因为A E2f、A E7f皆大于。(Cu),所以两条

49、谱线发射的光子均可使铜晶体中的铜原子电离。光电子的动能分别为：A Ek (2一l) = 8.91 X 10 19J,(7 一 l) = 13.91 X 10 19J对于A E2f 而言，入=5.20X 1010 (m),对于A 7-1 而言，入=4.16X 1010 (m)口比咤口比咯口比咤中N有1个电子参加兀键，口比咯中N有2个电子参加兀键，所以环中兀键电子数 目都是6个。它们的HOMO为弧1, LUMO 为 弧2。口比咤为六元环，口比咯为五元环，口比咤的 R值大于口比咯。所以口比咤的能级差( E = E2 -E1)要小一些。电子从 HOMO跃迁到LUMO所需激发光的波长(入=ch/A E)

50、 口比咯 要短一些。(3)在C5H5NH卡中，兀键电子数依然为 6,和C4H4NH 一样。由上图可见，6个兀电 子正好填满 心和 拱1,而 弧2是空的。这样全部电子都处于能级低的状态，比较稳定。对于中性的C5H5NH, N原子将有2个兀电子参加到兀键中，兀键电子数变为7个，这样就将会有1个电子进入高能态的 弧2中，所以是不稳定的。(4)单环共轲多烯体系中兀键电子数目为4m+ 2时(m为正整数)，体系稳定存在，称为4m+ 2规则。这个规则可从上图来理解。4m+2中的2相当于 此所能容纳的电子数，而4m则为 弧no所能容纳的电子数。即低能级填满电子而高能级全空时，体系 稳定存在，这就是 4m +

51、2规则的本质。71 (1) n = 2, l=0, m=0(2)节面处 少=0。，由于 少仅为r的函数。由函数可知： exp Zr/2a0 w 0,节面 位置应。(2 Zr/a0) =0 来推出：2Zr/a0=22r/a0=0,得 r=a。，即节面为 r=a。的 球面。He+为类氢离子，其能量为：2= - 13.6eVh(4)该状态角动重为：M = ,l l 1 = 02(5)作图示于。入 1 = 656.47nmV1= 15233 cm 172将各波长换算成波数入 2 = 486.27nmv 2= 20565 cm 1入 4 = 410.29nm-V 4= 24373 cm1由于这些谱线相邻

52、，可令n1 = m,n2= m+1, m+ 2,。列出卜列 4式15233= R/m2R/(m+ 1)2(1)20565= R/m2- R/(m+2)2(2)23032= R/m2R/(m + 3)2(3)24373= R/m2R/(m + 4)2(4)入 3 = 434.17nm一v 3= 23032 cm 1+ ( 2) 15233/20565= ( 2m+1) (m+2) 2/4 (m+ 1) = 0.740725用尝试法得m=2 (任意两式计算，结果皆同)。将m=2代人上列4式中任一式，得:R= 109678 (cm 1)因而，氢原子可见光谱(Balmer线系)各谱线的波数可归纳为下式

53、表示：v = R (1/ni21/n22)式中，R= 109678 cm 1, ni=2, n2 = 3, 4, 5, 6。73根据Bohr提出的氢原子结构模型，当电子稳定地绕核作圆周运动时，其向心力与核和 电子间的库仑引力大小相等，即：mvn2/rn= e2/4兀 0rn2n=1, 2, 3,式中，m, rn, vn, e和e 0。分别是电子的质量、绕核运动的半径、半径为rn时的线速度、电子的电荷和真空电容率。同时，根据量子化条件，电子轨道运动的角动量为：mvnrn= nh/2 it将两式联立，推得：rn= h2 0n2/ 兀 me2vn=e2/2h e 0n当原子处于基态即 n=1时，电子

54、绕核运动的半径为：h2 8 0/兀me2= 52.918 pm若用原子的折合质量代替电子的质量m,则：r1 = h2 0/ ne2= 52.947 pm基态时电子绕核运动的线速度为；Vi = e2/2h 0= 2.1877X 106m - s-174 (1)氢原子的稳态能量由下式给出：En=2.18X 1018 1/n2J式中n是主量子数。第一激发态(n=2)和基态(n= 1)之间的能量差为： Ei= E2- Ei= 1.64X 10 18J 原子从第一激发态跃迁到基态所发射出的谱线的波长为： = ch/AE= 121pm第六激发态(n=7)和基态之间的能量差为：E6= E7-Ei=2.14X

55、 10 18J所以原子从第六激发态跃迁到基态所发射出的谱线的波长为：?6= ch/A E6= 92.9nm这两条话线皆属 Lyman系，处于紫外光区。在上题中，已将氢原子光谱可见波段谱线的波数归纳在下式中：v = R (1/n12 - 1/n22)n1 和 n2 皆正整数事实上，氢原子光谱所有谱线的波数都可用上式表示。当】=1时，谱线系称为Lyman系，处于紫外区。当 心=2时，谱线系称为 Balmer系，处于可见光区。当 m=3, 4, 5时，指线分别属于 Paschen系、Brackett系和Pfund系，它们皆落在红外光谱区。(2)使处于基态的氢原子电离所需要的最小能量为：E-=2.18

56、X 10 18j而 Ei= 1.64X 10 18J E” E6=2.14X 10 18 cu = 7.44X 10 19J E6 -cu = 7.44X 10 19J所以，两条谱线产生的光子均能使铜晶体电离。(3)根据德布罗意关系式和爱因斯坦光子学说，铜晶体发射出的光电子的波长为：入=h/p = h/ J2mE式中 E为照射到晶体上的光子的能量和4 cu之差。应用上式，分 别计算出两条原子光谱线照射到铜晶体上后铜晶体所发射出的光电子的波长：入1 =519pm X 2 = 415pm75氢原子从第六激发态(n=7)跃迁到基态(n=1)所产生的光子的能量为 Eh= 1.285X 106J mol

57、 1而CH 2CHCHCHCHCHCHCH 2分子产生吸收光谱所需要的最低能量为 Ecb= E5 E4= 4.282 X 10 19J = 2.579 X 105J - mol 1显然 Eh4 Ecb,但此两种能量不相等， 根据量子化规则，CH2CHCHCHCHCHCHCH 2 不能产生吸收光效应。若使它产生吸收光谱，可改换光喊例如用连续光谱代替H原子光谱。此时可满足量子化条件，该共轲分子可产生吸收光谱，其吸收波长为入=hc/AE=460nm76氢原子基态波函数为：湿二 无d该函数在r=a0和r=2a0两处的比值为:七7埔M /i = e % 2, 71耽8 一而少is2在r=aO和r=2a。

58、两处的比值为：e2-7.38906本题的计算结果所表明的物理意义是不言而喻的。而且，如果我们注意到少is在r的全部区间内随着r的增大而单调下降这个事实，计算结果的合理性也是显而易见的。77根据波函数、概率密度和电子的概率分布等概念的物理意义，氢原子的1s电子出现在riocpm rtr= 100 pm的球形界面内的概率为：上 J J 眼酎=0.728那么，氢原子的1s电子出现在r=100nm的球形界面之外的概率为1 0.7282=0.272。若选定数个适当的r值进行计算，则可获得氢原子1s电子在不同半径为 r的球形界面内、外及两个界面之间出现的概率。由上述计算可见，氢原子 1s电子出现在半径为r

59、的球形界面内的概率为P (r) = 1-e 2r/ao (2r2/a02+2r/a0+1)当然，r的取值要考虑在物理上是否有意义。本题亦可根据径向分布函数概念，直接应用式：产仔)=J出产*或P-)进行计算。计算时用原子单位稍方便些。78 %，) I 。.二.十：佯靖一. ”二产-2r 4:!)根据此式列出P(r)r数据表：00.5LQ1.52.02.53.03. 54,0P(r)0, 9200,677o. m0. 238a 1250,凝0, OW601*根据表中数据作出 P (r) r图示于下图中。由图可见：r=2.7aO时，p()=0.1r2.7a。时，P (r) v 0.1r2.7a。时，

60、P (r) 0.1即在r=2.7aO的球面之外，电于出乎的概率是 10%；而在r= 2.7a0的球面以内，电子出现的概率是 90%,即： 口麻/戋州阳* = 0.加79 (1)根据量子力学关于“本征函数、本征值和本征方程”的假设，当用 Hamilton算符 作用于少1s时，老所得结果等于一常数乘以少1s,则该常数即氢原子的基态能量E1s。氢原子的Hamilton算符为：白=一盘)工-京由于 忸的角度部分是常数，因而 ？与9,力无关：“一含小明，盘一品；将？作用于W仿，有方怎=一仇厚(唱-品丸卜1急所以鲂=，=- 2.18X 10 18jSir mxin也可用式庄仅西1Mr进行计算，所得结果与上