第二章 原子结构和元素周期律 习题解答
1.简单说明四个量子数的物理意义和量子化条件。
2.定性画出
所有等价轨道的角度分布图。
3.下列各组量子数哪些是不合理的？为什么？
(1)； (2)；(3)；
(4)；(5)；(6)。
解 (2)，(5)，(6)组不合理。因为量子数的取值时要求l < n， £ l。
4.用合理的量子数表示
(1)3d能级；(2)2pz原子轨道；(3)4s1电子。
解 (1)3d能级的量子数为：n =3，l =2。
(2)2pz原子轨道的量子数为：n =2，l =1，m =0。
(3)4s1电子的量子数为：n =4，l =0，m =0，ms =。
5.在下列各组量子数中，恰当填入尚缺的量子数。
(1) n=?，l=2，m=0，ms= +1/2；
(2) n=2，l=?，m=1，ms=1/2；
(3) n=4，l=2，m=0，ms =?；
(4) n=2，l=0，m=?，ms =+1/2。
解 (1)n≥ 3正整数； (2)l = 1； (3)ms = +½(或-½)； (4)m =0。
6.下列轨道中哪些是等价轨道？。
解 对氢原子： (n相同)()；(3s，3px)。
对多电子原子：(n、l相同)()。
7.下列各元素原子的电子分布式各自违背了什么原理？请加以改正。
(1)硼：1s22s3；(2)氮：1s22s22px22py1；(3)铍：1s22py2。
解 (1)错，违背泡利不相容原理，应为(1s)2(2s)2(2p)1；
(2)错，违背洪特规则，应为(1s)2(2s)2(2px)1(2py)1(2pz)1 ；
(3)错，违背能量最低原理，应为(1s)2(2s)2。
8.下列情况下可容纳的最大电子数是多少？
(1)层上；(2)4f亚层上；(3)最大主量子数为4的原子中。
解 (1)；(2)14；(3)36个(Kr)或46个(Pd为洪特规则的特例：)
9.在下列电子分布中哪种属于原子的基态? 哪种属于原子的激发态? 哪种纯属错误?
(1)1s22s12p2；(2)1s22s12d1；(3)1s22s22p43s1；(4)1s22s22p63s23p3；(5)1s22s22p83s1；(6)1s22s22p63s23p54s1
解 属于原子的基态的有：(4)；属于原子激发态的有：(1)，(3)(6)；纯属错误的有：(2)，(5)。
10. (1)试写出s、p、d及ds区元素的价层电子构型。
(2)根据下列各元素的价电子构型，指出它们在周期表中所处的周期、区和族，是主族还是副族?
(A)3s1；(B)4s24p3；(C)3d24s2；(D)3d104s1；(E)3d54s1；(F)4s24p6。
解 (1)s区：；p区：；d区：(Pd例外)；ds区：。
(2)(A)第3周期，s区，IA主族；(B)第4周期，p区，VA主族；(C)第4周期，d区，IVB副族；
(D)第4周期，ds区，IB副族；(E)第4周期，d区，VIB副族；(F)4s24p6。第4周期，p区，0族。
11写出基态时可能存在的与下列各电子结构相应的原子符号和离子符号。
(!)；(2)；(3)(4)
解 (!)；(2)(因为没有5s电子，所以无中性原子)；
(3)或；(4)。
12.写出下列电子构型：(1)和；(2)和；(3)哪一对是等电子体？为什么？
解 (1)均为；(2)；
(3)和是一对等电子体，而和不是，因为电子分布不同而只是电子数相同。
13. 试预测：
(1)114号元素原子的电子分布，并指出它将属于哪个周期、哪个族？可能与哪个已知元素的最为相似？
(2) 第七周期最后一种元素的原子序数是多少?
解 (1)[Rn]5f146d107s27p2,第7周期，ⅣA族元素，与Pb的性质最相似。
(2)[Rn] 5f146d107s27p6，原子序数为118。
14.填空题
(1)已知某元素+2价离子的电子分布式为1s22s22p63s23p63d10，该元素在周期表中所属的分区为 。
(2)符合下列电子结构的元素，分别是哪一区的哪些(或哪一种)元素？
(A)外层具有2个s电子和2个p电子的元素 。
(B)外层具有6个3d电子和2个4s电子的元素 。
(C)3d轨道全充满，4s轨道只有1个电子的元素 。
解 (1)ds (2)(a)p区 IVA (b)d区Fe (c) ds区Cu
15.填充下表
| 原子序数 | 电子分布式 | 各层电子数 | 周期 | 族 | 区 | 金属还是非金属 |
| 11 | ||||||
| 21 | ||||||
| 53 | ||||||
| 60 | ||||||
| 80 |
解
| 原子序数 | 电子分布式 | 各层电子数 | 周期 | 族 | 区 | 金属还是非金属 |
| 11 | [Ne]3s1 | 2, 8, 1 | 三 | ⅠA | s | 金属 |
| 21 | [Ar]3d14s2 | 2, 8, 9, 2 | 四 | ⅢB | d | 金属 |
| 53 | [Kr]4d105s25p5 | 2, 8, 18, 18, 7 | 五 | ⅦA | p | 非金属 |
| 60 | [Xe]4f46s2 | 2, 8, 18, 22, 8, 2 | 六 | ⅢB | f | 金属 |
| 80 | [Xe]4f145d106s2 | 2, 8, 18, 32, 18, 2 | 六 | ⅡB | ds | 金属 |
16.设有元素A，电子最后填入3p亚层，其最低氧化数为-1；元素B，电子最后填入4d亚层，其最高氧化数为+6，填表回答下列问题：
| 元素 | 电子分布 | 原子序数 | 单电子数 | 周期 | 族 | 区 |
| A | ||||||
| B |
解
| 元素 | 电子分布 | 原子序数 | 单电子数 | 周期 | 族 | 区 |
| A | [Ne] 3s23p5 | 17 | 1 | 三 | VIIA | P |
| B | [Kr] 4d55s1 | 42 | 6 | 五 | VIB | d |
17.有第四周期的A， B， C三种元素，其价电子数依次为1，2，7，其原子序数按A， D， C顺序增大。巳知A，B次外层电子数为8，而C的次外层电子数为18，根据结构判断：
(1)哪些是金属元素？
(2)C与A的简单离子是什么?
(3)哪一元素的氢氧化物碱性最强?
(4)B与C两元素键间能形成何种化合物? 试写出化学式。
解 A为K；B为Ca；C为Br。(1)A(K)、B(Ca)；(2)(C-Br-)、A+(K+)；(3)A(KOH)；(4)BC2(CaBr2)。
18.元素原子的最外层仅有一个电子，该电子的量子数是，n = 4，l=0, m =o， ms = +1/2，问：
(1) 符合上述条件的元素可以有几种? 原子序数各为多少'
(2) 写出相应元素原子的电子分布式，并指出在周期表中的位置。
解 有三种，原子序数分别为19K、24Cr、29Cu；
| 原子序数 | 电子分布式 | 周期 | 族 | 区 |
| 19 | 1s22s22p63s23p64s1 | 四 | ⅠA | s |
| 24 | 1s22s22p63s23p63d54s1 | 四 | ⅥB | d |
| 29 | 1s22s22p63s23p63d104s1 | 四 | ⅠB | ds |
19.设有元素A、B，C，D，E、G、M，试按下列所给的条件，推断它们的元素符号及在周期表中的位置(周期、族)，并写出它们的价层电子构型。
(1) A、B，C为同一周期的金属元素，已知C有三个电子层，它们的原子半径在所属周期中为最大，并且A > B > C；
(2) D，E为非金属元素，与氢化合生成HD和HE，在室温时D的单质为液体， E的单质为固体；
(3) G是所有元素中电负性最大的元素；
(4) M为金属元素，它有四个电子层，它的最高氧化数与氯的最高氧化数相同。
解
| 元素代号 | 元素符号 | 周期 | 族 | 价层电子构型 |
| A | Na | 三 | ⅠA | 3s1 |
| B | Mg | 三 | ⅡA | 3s2 |
| C | Al | 三 | ⅢA | 3s23p1 |
| D | Br | 四 | ⅦA | 4s24p5 |
| E | I | 五 | ⅦA | 5s25p5 |
| G | F | 二 | ⅦA | 2s22p5 |
| M | Mn | 四 | ⅦB | 3d54s2 |
20.有A、B、C、D 四种元素，其价电子数依次为1， 2， 6，7，其电子层数依次减少。已知D的电子层结构与Ar原子相同， A和B次外层各只有8个电子， C次外层有18个电子。试判断这四种元素。
(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l=0的电子的量子数。
解 A、B、C、D这四种元素分别如下表：
| 元素符号 | 周期 | 族 | 价层电子层结构 | |
| A | Cs | 6 | IA | 1s1 |
| B | Sr | 5 | IIA | 1s2 |
| C | Se | 4 | VIA | 4s24p4 |
| D | Cl | 3 | VIIA | 3s23p5 |
(1)原子半径：D<C<B<A (Cl<Se<Sr<Cs)(2)第一电离能：A<B<C<D (Cs<Sr<Se<Cl)
(3)电负性：A<B<C<D (Cs<Sr<Se<Cl)(4)金属性：D<C<B<A (Cl<Se<Sr<Cs)
21.不参看周期表，试推测下列每一对原子中哪一个原子具有较高的第一电离能和较大的电负性值?
(1)19和29号元素原子；
(2)37和55号元素原子；
(3)37和38号元素原子。
解 (1)两者分别为第四周期的IA与IB元素，故，；
(2)两者分别为同一主族第五、六周期的元素，故，；
(3)两者分别为第四周期的IA与IIA元素，故，。
