第六章 原子结构与元素周期律习题课1化学学院化学学院 张志明张志明2v本章内容小结本章内容小结v书后习题书后习题v习题册习题习题册习题v课外习题课外习题3本章内容小结本章内容小结一、氢原子光谱与一、氢原子光谱与Bohr理论理论二、微观粒子的波粒二象性二、微观粒子的波粒二象性三、三、Schrdinger 方程方程四、概率密度和电子云四、概率密度和电子云五、原子核外的电子排布五、原子核外的电子排布六、元素周期律和元素性质的周期性六、元素周期律和元素性质的周期性4一、一、氢原子光谱与氢原子光谱与Bohr理论理论1.氢原子光谱特征：不连续的，线状的；有氢原子光谱特征：不连续的，线状的；有规律的规律的2.Rydberg公式：公式： 当当 n1 = 2, n2 = 3, 4, 5, 6 时时，计计算算所所得得频频率率即即为为氢氢原原子子光光谱谱中中可可见见光光区区的的四四条条谱谱线频率。线频率。 53.Bohr理论理论主要假设：主要假设：(a) 核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上核外电子只能在有确定半径和能量的轨道上运动，且不辐射能量；运动，且不辐射能量；(b) 通常保持能量最低通常保持能量最低基态；基态；(c) 获能量激发获能量激发激发态；激发态；(d) 从激发态回到基态释放光能。从激发态回到基态释放光能。6玻尔理论的成功之处：玻尔理论的成功之处：满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢原子满意地解释了实验观察的氢原子光谱和类氢原子（He+, Li2+, B3+）光谱；）光谱；说明原子的稳定性；说明原子的稳定性；计算氢原子的电离能：计算氢原子的电离能： 电子由电子由n=1n=，即电子脱离原子核的引力，即电子脱离原子核的引力7玻尔理论的局限性：玻尔理论的局限性：v不能解释精细结构（每条谱线是由二条不能解释精细结构（每条谱线是由二条紧邻的谱线组成）；紧邻的谱线组成）；v不能解释原子光谱在磁场中的分裂；不能解释原子光谱在磁场中的分裂；v不能解释多电子原子的光谱。不能解释多电子原子的光谱。8二、微观粒子的波粒二象性二、微观粒子的波粒二象性1.de. Broglie 提出微观粒子具有波粒二象性提出微观粒子具有波粒二象性 德布罗意关系式：德布罗意关系式：通过电子衍射实验通过电子衍射实验(Davisson 和和 Germer)证实证实92.海森伯格不确定原理（测不准原理）：海森伯格不确定原理（测不准原理）： 不不可可能能同同时时测测得得微微观观粒粒子子的的精精确确位位置置和和动动量量(由于其具有波粒二象性由于其具有波粒二象性) 。 x p h/2 或或 x v h/2 m 3.物质波是统计波（微观粒子运动的统计规律）物质波是统计波（微观粒子运动的统计规律）10三、三、Schrdinger 方程方程1.核外电子运动的状态服从核外电子运动的状态服从Schrdinger 方程方程解此方程可得：解此方程可得： 微观粒子的能量微观粒子的能量E； 波函数波函数 。 为为描描述述特特定定微微粒粒运运动动状状态态的的波波函函数数，即即电电子子在在核核外外空空间间运运动动状状态态的的数数学学表表达达式式，是空间坐标的函数，也叫是空间坐标的函数，也叫原子轨道原子轨道。11v也可将Schrodinger 方程变为球极坐标，采方程变为球极坐标，采用变量分离，写成用变量分离，写成注意：注意：1）解解氢氢原原子子的的Schrdinger 方方程程只只能能得得n ,l ,m，以以后后从从实实验验中中引引入入了了第第四四个个表表征征电电子子自自旋旋的量子数的量子数ms；2） Schrdinger 方方程程只只能能得得出出单单电电子子原原子子系系统的精确解统的精确解波函数波函数 。122. 四个量子数四个量子数量子数量子数可取值可取值意义意义主量子数主量子数n1,2,3 n正整正整数数(1) 确定电子的能量；确定电子的能量；(2) 确定电子出现几率最大确定电子出现几率最大处离核的距离。处离核的距离。角量子数角量子数l0,1,2, (n 1)(1) 确定原子轨道的形状；确定原子轨道的形状；(2) 与与n一起确定多电子原子一起确定多电子原子的轨道能量。的轨道能量。磁量子数磁量子数m0, 1, 2, l确定原子轨道在空间的取向。确定原子轨道在空间的取向。自旋量子数自旋量子数ms 1/2描述电子绕自轴旋转的状态。描述电子绕自轴旋转的状态。四个量子数的取值和意义四个量子数的取值和意义13四、概率密度和电子云四、概率密度和电子云v 原子轨道原子轨道(描述核外电子的运动状态描述核外电子的运动状态)；v| |2 概率密度概率密度 (电子在原子空间某点附电子在原子空间某点附近单位体积内出现的概率近单位体积内出现的概率)；v电子云电子云| |2 的图象的图象 (电子概率密度的形电子概率密度的形象化描述象化描述)。14电子云的形状电子云的形状 s 电子云是球形对称的。电子云是球形对称的。 p 电电子子云云是是哑哑铃铃形形，沿沿着着某某一一个个轴轴的的方方向向上上概概率率密密度度最最大大，电电子子云云主主要要集集中中在在这这个个方方向向上上。在在另另两两个个轴轴上上电电子子云云出出现现的的概概率率很很小小，几几乎乎为为零零，在在核核附附近近也也几几乎乎是是零零。py 和和pz 与与px 相似，只是方向不同。相似，只是方向不同。 d 电子云是花瓣形。电子云是花瓣形。 f 电子云的形状更复杂。电子云的形状更复杂。15五、原子核外的电子排布五、原子核外的电子排布1. 屏蔽效应屏蔽效应1) 定定义义：在在多多电电子子体体系系中中，由由于于某某电电子子受受其其它它电电子子的的排排斥斥作作用用，导导致致有有效效核核电电荷荷降降低低，从从而而削削弱弱了了核核电电荷荷对对该该电电子子的的吸吸引引。这这种种作作用用称为称为屏蔽效应。屏蔽效应。2) 结结果果：在在多多电电子子体体系系中中，n 相相同同而而 l 不不同同的的轨道，发生轨道，发生能级分裂，即：能级分裂，即： En s En p En d np nd nf。v钻穿效应的存在，不仅直接说明了钻穿效应的存在，不仅直接说明了能级分裂能级分裂的原因的原因，而且还可以解释所谓，而且还可以解释所谓能级交错能级交错现象：现象：18电电子子钻钻穿穿作作用用越越大大，它它受受到到其其它它电电子子的的屏屏蔽蔽作作用用就就越越小小，受受核核的的吸吸引引力力就就越越强强，因因而而能能量就越低。量就越低。 所所以以, n相相同同l不不同同的的各各亚亚层层轨轨道道的的能能量量顺顺序序为为 En s En p En d En f 。 当当n、l均均不不同同时时，出出现现能能级级交交错错现现象象，即即E4 s 1, 各轨道能量各轨道能量, 随随Z的升高而下降的升高而下降.3)n相同相同, l 不同的轨道不同的轨道, 能量下降幅度不同能量下降幅度不同, 产生能级分裂产生能级分裂.(l大的大的, 受屏蔽大受屏蔽大,下降幅度下降幅度小小): Ens Enp End E3d，说明，说明Cu原子失去原子失去4s轨道轨道中的电子。中的电子。思思考考：既既然然Cu原原子子有有E4s E3d (Z 21的的元元素素均均如如此此)，为为何何在在电电子子填填充充时时仍仍然然先先填填4s轨轨道道，后填后填3d轨道？轨道？解解答答：这这尚尚是是一一个个有有争争议议的的问问题题, 即即使使采采用用薛薛定定谔谔方方程程计计算算, 对对于于多多电电子子体体系系, 也也是是一一个个难难于于解解决决的的问问题题。关关于于3d 和和4s 轨轨道道能能量量的的高高低低, 采采用用的的近近似似方方法法不不同同, 处处理理问问题题的的角角度度不不同同, 得得到到的的结论也不同。结论也不同。 34 关关于于Z 21元元素素原原子子的的最最后后几几个个电电子子的的填填充充, 由由体体系系的的总总能能量量的的降降低低程程度度决决定定, 而而且且, 原原子子的的总总能能量量不不仅仅仅仅取取决决于于某某个个原原子子轨轨道道的的能能量量, 尚尚有有其其它它能能量量形形式式存存在在. 先先填填充充哪哪个个轨轨道道也也取取决决于于是是否使体系更加稳定否使体系更加稳定. 普遍认为普遍认为: 先先在在4s上上填填充充电电子子, 比比先先填填入入3d稳稳定定, 因因为为4s的的钻钻穿穿能能力力比比3d大大, 使使电电子子更更加加靠靠近近核核, 整整个个体体系系能能量量降降低低幅幅度度大大，即即电电子子填填充充在在4s轨轨道道比比3d轨道轨道可使体系获得较低的总能量可使体系获得较低的总能量。 35P154 6-9 解：解：v24 铬铬 Cr (chromium) Ar3d54s1v41 铌铌 Nb (niobium) Kr4d45s1v78 铂铂 Pt (platinum) Xe4f145d96s1价价电电子子(valence electron)：指指原原子子核核外外电电子子中中能与其他原子相互作用形成化学键的电子。能与其他原子相互作用形成化学键的电子。 主主族族元元素素的的价价电电子子就就是是主主族族元元素素原原子子的的最最外外层层电子，如电子，如Na的价电子构型为的价电子构型为3s1；副副族族元元素素原原子子的的价价电电子子，除除最最外外层层电电子子外外，还还可包括次外层电子及倒数第三层电子。可包括次外层电子及倒数第三层电子。36d区元素的价电子构型为区元素的价电子构型为(n-1)d1 10ns0 2；ds区元素的价电子构型为区元素的价电子构型为(n-1)d10ns1 2;*f区区元元素素的的价价电电子子还还包包括括倒倒数数第第三三层层的的4f电电子子，f区元素的价电子构型为区元素的价电子构型为 (n-2)f0 14(n-1)d0 2ns2。* 有些教材认为有些教材认为(n-1)d亚层全充满，可视为亚层全充满，可视为内层电子，即内层电子，即ds区价电子为区价电子为ns1 2.37P154 6-9 解：解：各价电子各价电子nlmms3d532+2+1/232+1+1/2320+1/232 1+1/232 2+1/24s1400+1/224Cr 价电子构型：价电子构型：3d54s13841Nb 价电子构型：价电子构型：4d45s1P145 6-14 解：解：各价电子各价电子nlmms4d442+2+1/242+1+1/2420+1/242 1+1/25s1500+1/23978Pt 价电子构型：价电子构型：5d96s1P145 6-14 解：解：各价电子各价电子nlmms5d952+2 1/252+1 1/2520 1/252 1 1/252 2+1/26s1600+1/240P154 6-10 解：解：(1)M原子的核外电子排布：原子的核外电子排布：Ar3d54s2;(2)M是是25号元素，元素名称为锰，元素符号元素，元素名称为锰，元素符号为号为Mn；(3)M元素在第四周期，元素在第四周期，VIIB族，族，d区。区。41P154 6-12 解：解：元素元素电子排布式子排布式原子序数原子序数 元素名称元素名称第第4个稀有气体个稀有气体Ar3d104s24p636氪 Kr第四周期的第六个第四周期的第六个过渡元素渡元素Ar3d64s226铁 Fe4p轨道半充道半充满的元素的元素Ar3d104s24p333砷砷 As电负性最大的元素性最大的元素He2s22p59氟氟 F4f轨道填充道填充4 e的元素的元素Xe4f46s260钕 Nd第一个第一个4d轨道全充道全充满的元素的元素Kr4d1046钯 Pd42P154 6-13 解：解：(1) 钙钙 Ca，Ar4s2；(2) 铝铝 Al, Ne3s23p1 ；(3) 铜铜 Cu, Ar3d104s1 ；(4) 溴溴 Br, Ar3d104s24P5 .P155 6-15 解：解：分析：分析：该元素在该元素在Kr之前，之前，l = 2时为时为d轨道，失轨道，失去去3e 后后d电子为半充满电子为半充满(即即3d5)，则该元素的价，则该元素的价层电子构型为层电子构型为3d64s2，可知为，可知为26号元素号元素Fe，其，其基态原子的电子构型为基态原子的电子构型为Ar3d64s243P155 6-16 解：解：(1) 第二周期共有第二周期共有6种元素种元素，因为：，因为：n = 2，l可以取可以取0，1两个值；两个值；l = 0, m只可以取只可以取0，只有，只有1个个2s轨道；轨道；l = 1, m只可以取只可以取0, +1，有，有2个个2p轨道；轨道； 所所以以第第二二周周期期对对应应的的第第二二能能级级组组，有有2个个能能级级，即即2s和和2p，共共有有3个个轨轨道道，可可容容纳纳6个个电电子子，故有故有6种元素。种元素。44n = 4，l可以取可以取0，1，2，3 四个值；四个值；l = 0, m只可以取只可以取0，只有，只有1个个4s轨道；轨道；l = 1, m只可以取只可以取0, +1，有，有2个个4p轨道；轨道；l = 2, m只可以取只可以取0, +1，+2，有，有3个个4d轨道；轨道；l = 3, m只可以取只可以取0, +1，+2，+3，有，有4个个4f轨道；轨道； 考考虑虑到到能能级级交交错错， 所所以以第第四四周周期期对对应应的的第第四四能能级级组组，有有3个个能能级级，即即4s、4p和和3d，共共有有6个个轨轨道道，可可容容纳纳12个电子，故第四周期有个电子，故第四周期有12种元素。种元素。(2) P区元素共有区元素共有4列。列。45(3) 位于第三周期、最右一列的元素的原子序数位于第三周期、最右一列的元素的原子序数为为14，原因见下表：，原因见下表：周期周期能级数能级数轨道数轨道数可容纳可容纳电子数电子数元素元素数量数量一一1 (1s)122二二2 (2s, 2p)366三三2 (3s, 3p)366前三个周期共有前三个周期共有14种元素种元素，故，故。注：此答案考虑了能级交错，即注：此答案考虑了能级交错，即 E3d E4s。46(4) 位于第三周期第位于第三周期第1列。列。(5) 根根据据新新周周期期表表，原原子子序序数数最最小小的的有有d电电子子的的元元素素应应是是17号号元元素素，其其电电子子结结构构式式为为1s22s22p43s23p43d14s2。它它在在原原周周期期表表中中应应位位于于第第三三周周期期 VIIA族族，p区区。P155 6-16 解：解：47若不考虑能级交错，则若不考虑能级交错，则(1，3) 位于第三周期、最右一列的元素的位于第三周期、最右一列的元素的原子原子序数序数为为20，原因见下表：，原因见下表：P155 6-16 解法二：解法二：周期周期能能级数数轨道数道数可容可容纳电子数子数元素元素数量数量一一1 (1s)122二二2 (2s, 2p)366三三3 (3s, 3p, 3d)61212四四4 (4s, 4p, 4d, 4f)10202048P155 6-16 解法二：解法二：(5) 根根据据新新周周期期表表，原原子子序序数数最最小小的的有有d电电子子的的元元素素应应是是15号号元元素素，其其电电子子结结构构式式为为1s22s22p43s23p43d1。它它在在原原周周期期表表中中应位于应位于第三周期第三周期 VA族，族，p区区。49配套习题册习题配套习题册习题P66 5.21 第二电离能最大的元素所具有的电子第二电离能最大的元素所具有的电子结构是结构是 (A) 1s2; (B) 1s22s1; (C) 1s22s2; (D) 1s22s22p1。解题分析：解题分析：v元素的一个基态气体原子失去一个电子变成元素的一个基态气体原子失去一个电子变成气态正离子所需的能量，即为该元素的气态正离子所需的能量，即为该元素的第一第一电离能电离能 ( (I I1 1) )。从正一价离子再失去一个电子从正一价离子再失去一个电子形成正二价离子时，所需要的能量叫做形成正二价离子时，所需要的能量叫做第二第二电离能电离能( (I I2 2) )。50v当当原原子子失失去去一一个个电电子子形形成成正正离离子子后后，有有效效核核电电荷荷数数增增加加，半半径径减减小小，故故核核对对电电子子引引力力大大，因因而而再再继继续续电电离离出出电电子子，则则要要比比中中性性原原子子失失去一个电子难得多，而且电荷越高越困难去一个电子难得多，而且电荷越高越困难。v同同一一元元素素各各级级电电离离能能的的大大小小有有如如下下规规律律 I1 I2 I3 I2(He)。所以，所以， (B) Li (1s22s1) 的的I2最大最大。元素元素HeLiBeBI2 (kJmol-1)525072981757 2427See: Book P150.5.21 解：解：53配套习题册习题配套习题册习题P66 5.22 下列元素基态原子的第三电离能最大的下列元素基态原子的第三电离能最大的是是 (A) C; (B) B; (C) Be; (D) Li。解：解：题设中四种元素的电子结构分别为题设中四种元素的电子结构分别为 (A) C, 1s22s22p2; (B) B, 1s22s22p1; (C) Be, 1s22s2; (D) Li, 1s22s1。当四种元素的原子分别失去当四种元素的原子分别失去2e形成正二价离子形成正二价离子后，其电子结构分别为：后，其电子结构分别为：54 根根据据核核对对电电子子的的引引力力大大小小可可判判断断出出，C2+ 和和 B2+继继续续失失去去第第三三个个电电子子(2s)稍稍容容易易些些，而而Be2+ 和和 Li2+ 则较难失去第三个电子则较难失去第三个电子(1s)； 另另外外，Be2+ 和和 Li2+相相比比，前前者者最最外外层层为为全全充充满满结结构构，后后者者最最外外层层为为半半充充满满结结构构，所所以以， Be2+ 比比 Li2+更更难难失失去去第第三三个个电电子子，即即 I3(Be) I3(Li)。所以，所以， (C) Be (1s22s2) 的的I3最大最大。(A) C2+, 1s22s2; (B) B2+, 1s22s1; (C) Be2+, 1s2; (D) Li2+, 1s1。P66 5.22 解：解：55元元 素素CBBeLiI3 (eV)47.937.9153.9122.5I3 (kJmol-1)462236601484911815P66 5.22 解：解：56P68 5.53 A、B、C三三种种元元素素的的原原子子最最后后一一个个电电子子填填充充在在相相同同的的能能级级组组轨轨道道上上，B的的电电荷荷数数比比A大大9个个单单位位，C的的质质子子数数比比B多多7个个；1 mol的的A单单质质同同酸酸反反应应置置换换出出1g H2，同同时时转转化化为为具具有有氩氩原原子子电电子子层层结结构构的的离离子子。判判断断A、B、C各各为为何何种种元元素素，A、B同同C反反应应时时生生成成的化合物的化学式。的化合物的化学式。解：解：A：K B：Ni C：Br K + Br2 = KBr Ni + Br2 = NiBr2 (加热条件下加热条件下)57具体推导：具体推导：(1) 核电荷数：核电荷数：B = A + 9, C = B + 7;(2) 1 mol的的A单单质质同同酸酸反反应应置置换换出出1g H2(0.5 mol)，则则该该反反应应中中1 mol的的A单单质质 转转移移了了1 mol电子电子, 即即反应后反应后A变成变成A+;(3) A+ = Ar，所所以以A电电子子结结构构式式为为Ar4s1，A为为19号元素号元素K；(3) B 为为28号元素号元素Ni，C为为35号元素号元素Br。581. 计计算算激激发发态态氢氢原原子子的的电电子子从从第第三三能能级级层层跃跃迁迁至至第第二二能能级级层层时时所所发发射射的的辐辐射射能能的的频频率、波长及能量各是多少？率、波长及能量各是多少？解：根据里德堡公式，得所发射的辐射能频率解：根据里德堡公式，得所发射的辐射能频率为为课外习题课外习题59波长为波长为所发射的能量为所发射的能量为 本题为配套习题册本题为配套习题册P54 例例5.1。602. 设设子子弹弹的的质质量量为为0.01 kg，速速度度为为1.0 103 ms-1, 试试通通过过计计算算说说明明宏宏观观物物体体主主要要表表现现为为粒粒子子性性，其其运运动动规规律律服服从从经经典典力力学学规规律律（设设子子弹速度的不确定程度为弹速度的不确定程度为10-3 ms-1 ） 。解：根据德布罗意关系式，得子弹运动的波长为解：根据德布罗意关系式，得子弹运动的波长为61 已已知知 射射线线是是最最短短的的电电磁磁波波，其其波波长长 = 1 10-5 nm；可可见见子子弹弹的的波波长长太太短短，根根本本无无法法测测量量，可可忽忽略略。所所以以子子弹弹等等宏宏观观物物体体主主要要表表现现为为粒粒子子性性。 根根据据海海森森堡堡不不确确定定关关系系式式，子子弹弹位位置置的的不不确定量为确定量为可见子弹位置的不确定程可见子弹位置的不确定程度很小，可忽略，这说明度很小，可忽略，这说明子弹有确定的轨道。子弹有确定的轨道。 本题为配套习题册本题为配套习题册P54 例例5.2。623.3.下列哪一组量子数是不合理的？下列哪一组量子数是不合理的？(1) n = 2，l = 2，m = 0；(2) n = 2，l = 1，m = 1；(3) n = 3，l = 0，m = 3；(4) n = 2，l = 3，m = 0；(5) n = 3，l = 2，m = 2。解：不合理的有解：不合理的有:(1) l 的取值不能等于的取值不能等于n 值；值；(3) m 的取值只能在的取值只能在-l 至至+l 之间；之间；(4) l 的取值不能大于或等于的取值不能大于或等于n。634.写出下列微粒的电子结构式写出下列微粒的电子结构式.(1) Zn (2) Mn (3) As (4) Rb (5) F (6) Cr (7) Cu (8) Fe2+ (9) V2+ (10) La3+64原子原子或离子或离子电子结构式电子结构式原子原子或离子或离子电子结构式电子结构式ZnAr3d104s2CrAr3d54s1MnAr3d54s2CuAr3d104s1AsAr3d104s23p3Fe2+Ar3d64s0RbKr5s1V2+Ar3d34s0FHe2s22p5La3+Xe5d06s04. 解：解：655. 完成下列表格：完成下列表格：价层电子构型价层电子构型 元素所在周期元素所在周期 元素所在族元素所在族2s22p43d104s24p34f145d16s23d74s266Tips: (1) 周期数周期数 最高主量子数最高主量子数n；(2) 主族元素主族元素 族数最外层电子数族数最外层电子数(ns + np), 最外层电子数最外层电子数(ns + np) = 8，零族，零族(VIIIA)；(3) 副族元素副族元素 族数族数(n-1)d + ns电子数之和电子数之和(= 17)；(4) (n-1)d + ns电子数电子数= 8 10，VIII族。族。675. 解答：解答：价层电子构型价层电子构型元素所在周期元素所在周期元素所在族元素所在族2s22p4第二周期第二周期VIA3d104s24p3第四周期第四周期VA4f145d16s2第六周期第六周期IIIB3d74s2第四周期第四周期VIII686. 按照能量从低到高的顺序排列：按照能量从低到高的顺序排列：(1) n = 4，l = 0；(2) n = 3，l = 2；(3) n = 3，l = 0；(4) n = 3，l = 1.69Tips: (1) 单电子体系单电子体系，轨道，轨道(或轨道上的电子或轨道上的电子)的能量，的能量，只由主量子数只由主量子数 n 决定：决定： n 相同，能量相同相同，能量相同；n 越大，能量越高越大，能量越高。(2) 多电子体系多电子体系，由于屏蔽效应和钻穿效应，导，由于屏蔽效应和钻穿效应，导致能级分裂和能级交错，因此：致能级分裂和能级交错，因此： n 越大，能量越高越大，能量越高； n 相同，相同，l越大，能量越越大，能量越高高，即，即Ens Enp End Enf； E4s E3d 。706. 解：解：(1) n = 4，l = 0 4s(2) n = 3，l = 2 3d(3) n = 3，l = 0 3s(4) n = 3，l = 1 3p所以，能量从低到高的顺序为：所以，能量从低到高的顺序为： (3) (4) (1) (2)。717. 选出正确的磷原子基态的电子构型图，选出正确的磷原子基态的电子构型图，并对错误的进行更正。并对错误的进行更正。727. 解：解：(1) 错误。错误。3s 电子自旋相同电子自旋相同(2) 正确。正确。73(3) 错误。每个错误。每个3p 轨道应该各填充一个未成轨道应该各填充一个未成对电子。对电子。3s 3p(4) 错误。错误。3p 轨道中填充的未成对电子自旋轨道中填充的未成对电子自旋方向应该相同方向应该相同748. 按照半径大小将下列等电子离子排序，按照半径大小将下列等电子离子排序，并说明理由。并说明理由。 Na+，F-，Al3+，Mg2+，O2-解：解： Al3+ Mg2+ Na+ F- Sr 同族元素，同族元素，Ba比比Sr多一个电多一个电子层；子层；(2) Ca Sc 同周期元素，同周期元素，Sc核电荷多；核电荷多；(3) Cu Ni 同周期元素，同周期元素，Cu次外层为次外层为18电子，屏蔽作用大，有效核电荷小，外电子，屏蔽作用大，有效核电荷小，外层电子受引力小；层电子受引力小；(4) Zr Hf 镧系收缩的结果；镧系收缩的结果；77(5) S2- S 同一元素，电子数越多，半径越同一元素，电子数越多，半径越大大 ； (6) Na+ Al3+ 同周期元素，同周期元素， Al3+正电荷高；正电荷高；(7) Pb2+ Sn2+ 同族元素的离子，正电荷同族元素的离子，正电荷数相同，但数相同，但 Pb2+ 比比 Sn2+ 多一个电子层；多一个电子层；(8) Fe2+ Fe3+ 同一元素离子，电子越少，同一元素离子，电子越少，正电荷越高则半径越小。正电荷越高则半径越小。 本题为配套习题册本题为配套习题册P68 5.57。7810. 比较下列各对原子中哪种原子的第一比较下列各对原子中哪种原子的第一电离能较高：电离能较高： 硫与磷、铝与镁、锶与铷、铜与锌、硫与磷、铝与镁、锶与铷、铜与锌、解解：一一般般来来说说，同同周周期期中中，自自左左而而右右核核电电荷荷增增加加，半半径径减减小小( (半半径径总总的的趋趋势势是是减减小小，相相邻邻两两个个元元素素则则不不尽尽然然) )。电电离离能能总总的的变变化化趋趋势势是是自自左左至至右右变变大大，但但由由于于电电子子构构型型( (如如轨轨道道全全空空、半半满满、全全满满等等) )对对电电离离能能影影响响较较大大，就就造造成成电电离离能能自自左左而右变大过程的跳动。如下所述：而右变大过程的跳动。如下所述：79JI(P) I(S) 因因P的的p轨轨道道为为半半满满，而而S的的p轨轨道道为为半满多一个电子，故较易失去，电离能小。半满多一个电子，故较易失去，电离能小。JI(Mg) I(Al) 因因Mg的的s电电子子成成对对，而而Al的的p电电子子为为1个，较易失去，电离能小。个，较易失去，电离能小。JI(Sr) I(Rb) 因因Sr的的核核电电荷荷较较Rb多多1，半半径径较较小小，且且s电子成对。电子成对。JI(Zn) I(Cu) 因因Zn的的核核电电荷荷多多1，且且s电电子子成成对对，d轨轨道道全全满满，而而Cu只只是是d轨轨道道全全满满，s电电子子不不成成对，易失去。对，易失去。8011. Na+和和Ne 具具有有相相同同的的电电子子构构型型: 1s22s22p6，气气态态Ne 原原子子失失去去一一个个电电子子时时I1 的的值值是是2081 kJmol-1，而而气气态态Na+ 失失去去第第二二个个电电子子时时I2 的的值值是是4562 kJmol-1。试用所学理论进行解释。试用所学理论进行解释。解解：对对于于氖氖原原子子来来讲讲，是是基基态态气气体体原原子子失失去去最最外外层层的的一一个个电电子子成成为为正正一一价价离离子子所所需需的的最最小小能能量量，即即第第一一电电离离能能。而而正正一一价价钠钠离离子子由由于于已已失失去去一一个个电电子子，有有效效核核电电荷荷增增加加，半半径径减减小小，故故核核对对电电子子引引力力大大，因因而而再再继继续续电电离离出出电电子子，即即第第二二电电离离能能，则则要要比比中中性性原原子子失失去去一一个个电电子子难难得多，而且电荷越高越困难得多，而且电荷越高越困难。8112. 第五副族元素第五副族元素Nb 和和Ta 具有相近的金具有相近的金属半径，为什么？属半径，为什么？解解：同同族族元元素素的的原原子子半半径径自自上上而而下下是是增增大大的的，但但是是由由于于镧镧系系元元素素原原子子半半径径自自左左至至右右缓缓慢慢减减小小的的镧镧系系收收缩缩效效应应，导导致致了了第第三三过过渡渡系系和和第第二过渡系同族原子半径极为相近。二过渡系同族原子半径极为相近。 此此外外，镧镧系系收收缩缩效效应应还还导导致致Zr和和Hf，Mo和和W等原子半径相近，性质相似。等原子半径相近，性质相似。8213. 某某过过渡渡元元素素在在氪氪之之前前，此此元元素素原原子子失失去去1 1个个电电子子后后的的离离子子在在角角量量子子数数为为2的的轨轨道道中中电电子子恰恰巧巧为为全全充充满满，试试推推断断该该元元素素名名称称，并写出其电子结构式。并写出其电子结构式。解：解：v 氪氪为为第第四四周周期期最最后后一一个个元元素素，该该过过渡渡元元素素在在氪之前，则其必定位于氪之前，则其必定位于第四周期第四周期；v l = 2时时为为d轨轨道道，失失去去1e 后后d电电子子为为全全充充满满(即即3d10)，则则该该过过渡渡元元素素的的价价层层电电子子构构型型为为3d104s1，可可知知为为29号号元元素素Cu，其其电电子子结结构构式式为为Ar3d104s1 。83