第3章学生自测题Microsoft Word 文档(2)

《无机化学》自测题

第三章 原子结构和周期律

1. 是非题(判断下列各项叙述是否正确，对的请在括号中填“√”，错的填“×”)

1.01 氢原子2s轨道和2p轨道能量相同，但氟原子的2s轨道能量低于2p轨道能量。（ ）

1.02 氧原子的2s轨道的能量与碳原子的2s轨道的能量相同。 （ ）

1.03 主量子数n为3时有3s，3p，3d，3f四条轨道。 （ ）

1.04 所有微粒都既有粒子性又有波动性。 （ ）

1.05 几率经向分布图中出现电子几率最大的球壳处，电子出现的几率密度也最大。 （ ）

1.06 原子轨道图是ψ的图形，故所有原子轨道都有正、负部分。 （ ）

1.07多电子原子中，若几个电子处在同一能级组，则它们的能量也相同。 （ ）

1.08 多电子原子的能级图是一个近似能级关系。 （ ）

1.09 假如锂原子中，电子产生的屏蔽效应比实际情况大，则锂原子中电子的能量比实际大。 （ ）

1.10 Be的核电荷大于Li，但电子亲合能却较小。 （ ）

1.11 元素所处的族数与其原子最外层的电子数相同。 （ ）

1.12 所有元素原子的有效核电荷总小于核电荷。 （ ）

1.13 通常所谓的原子半径，并不是指单独存在的自由原子本身的半径。 （ ）

1.14 任何元素的第一电离能总是吸热的。 （ ）

1.15 电负性是综合考虑电子亲合能和电离能的量，后两者都是能量单位，所以前者也用能量作单位。 （ ）

2. 选择题（请选择正确答案的题号填入）

2.01 玻尔的氢原子理论主要成功之处是 （ ）

A. 证明了原子核外电子是在球形轨道上运动。

B. 说明了原子中电子的能量只具有某些特定数值。

C. 解释了氢原子的光谱线。

D. 证明了氢原子中，电子距核越远，电子的运动速度越大。

2.02 证明电子具有波粒二象性的方法是 （ ）

A. 玻尔理论不能解释多电子原子的光谱。

B. 用照像机直接对电子照相，可得到类似于机械波的波形。

C. 使用德布罗依关系式计算。

D. 使一束加速的电子通过Al的晶体薄片得到的衍射图。

2.03 使用能级图时，不该出现的错误是 （ ）

A. 能级图表示的能级关系是绝对的。

B. 每种元素中，多电子能级之间的能量差不同。

C. 能级图中，每一个表示轨道的圆圈中，最多只能容纳自旋方向相反的两个电子。

D. 能级图综合地体现了同一原子中不同电子的屏蔽效应。

2.04 元素原子的电子分布，有的出现“例外”，主要是由于 （ ）

A. 电子分布的三个原则不适用于该元素的原子。

B. 泡利原理有不足之处。

C. 通常使用的能级图有近似性。

D. 该元素原子的电子分布必须服从四个量子数的规定。

2.05 同一原子中，可能存在下列量子数的两个电子 （ ）

A. （1，1，0，+ ）和（1，0，0，- ）

B. （2，0，1，+ ）和（2，0，0，- ）

C. （3，2，0，- ）和（3，2，1，- ）

D. （1，0，0，- ）和（1，0，0，- ）

2.06 下列状态中不是基态的是 （ ）

A. 通常条件的气体H。

B. 氟原子中有 5个3p电子。

C. 氧原子的电子结构为1s22s22p4。

D. 氢原子中电子处在n = 1的状态。

2.07 在一个多电子原子中，具有下列各套量子数的电子，能量大的电子具有的量子数（n，l，m，ms）是 （ ）

A. （3，2，+1，+ ） B. （2，1，+1，- ）

C. （3，1，0， - ） D. （3，1，-1，+ ）

2.08 在氢原子中，对r = 53 pm处的正确描述是 （ ）

A. 该处1s电子云最大。

B. r是1s径向分布函数的平均值。

C. 该处为氢原子Bohr半径。

D. 该处是1s电子云界面。

2.09 下列各组量子数中，合理的一组是 （ ）

A. n = 3，l = 1，m = +1，ms = +

B. n = 4，l = 25，m = -1，ms = +

C. n = 3，l = 3，m = +1，ms = -

D. n = 4，l = 2，m = +3，ms = -

2.10 按类氢原子轨道能量计算公式，Li2+电子在n = 1轨道上的能量与H原子在n = 1轨道上能量之比值为 （ ）

A. 3 : 1 B. 6 : 1 C. 9 : 1 D. 1 : 3

2.11 下列哪一个轨道上的电子，在xy平面上的电子云密度为零 （ ）

A. 3pz B. 3dz2 C. 3s D. 3px

2.12 ψ（3，2，1）代表简并轨道中的一条轨道是 （ ）

A. 2p轨道 B. 3d轨道 C. 3p轨道 D. 4p轨道

2.13 原子轨道角度分布图中，从原点到曲面的距离表示 （ ）

A. ψ值的大小 B. r值的大小 C. Y值的大小 D. 4πr2值的大小

2.14 下列离子中外层d轨道达半满状态的是 （ ）

A. Cr3+ B. Fe3+ c. Co3+ d. Cu+

2.15 基态原子的第五电子层只有2个电子，则原子的第四电子层中的电子数 （ ）

A. 肯定为8个 B. 肯定为18个

C. 肯定为8 ~ 18个 D. 肯定为8 ~ 32个

2016 下述离子中半径最小的是 （ ）

A. Rb+ B. Sc3+ C. Ti4+ D. Ti3+

2.17 若知下列三式的电离能分为E1，E2，E3：

Li (g) → Li+ (g) + e E1

Li+ (g) → Li2+ (g) + e E2

Li2+ (g) → Li3+ (g) + e E3

则这些电离能的正确关系是 （ ）

A. E1 = E2 = E3 B. E1最大 C. E2最大 D. E3 > E2 > E1

2.18 性质最相似的两个元素是 （ ）

A. Zr和Hf B. Ru和Rh C. Mn和Mg D. Cu和Cr

2.19 下列原子中，第一电离能最小的是 （ ）

A. B B. C C. Al D. Si

2.20 下列原子中，第一电子亲合能最大的是 （ ）

A. N B. O C. P D. S

3．填空题

3.01 波函数ψ是描述 数学函数式，它和 是同义词，|ψ|2的物理意义是 ，电子云是 的形象表示。

3.02 氢原子的基态1s电子在距核53 pm附近的 中出现的 最大，是因为距核更近时， 虽大， 却较小，因而 较小，距核更远时， 虽较大， 却很小，因而 也较小。

3.03 M3+离子3d轨道上有3个电子，表示电子可能的运动状态的四个量子数是：

，该原子的核外电子排布是 ，M属 周期，第 列的元素，它的名称是 ，符号是 。

3.04 Au是第六周期第11列元素，它的价电子层结构是 ；Ti的原子序数是22，Ti3+离子的价电子层结构为 。

3.05 元素的性质随着 的递增而呈现周期性的变化，这是原子的

变化的反映；用原子轨道光谱符号来表示，第四、六周期分别是 能级组和 能级组。

3.06 下列气态原子或离子在基态时各有几个不成对电子？

5B（ ），8O（ ），21Sc3+（ ），24Cr3+（ ），77Ir3+（ ）

3.07 如果发现了第121号元素M时，则其所在周期数为 ，所在列为 ；其金属活泼性较同列其他元素要 ；其特征氧化态的氧化物化学式为 。

3.08 原子序数为24的原子，其价电子层结构是 ，3d原子轨道的符号分 别为 。

3.09 周期表中的元素可以分为 个区，各区元素的电子构型特点为

。

3.10 原子参数是指 ，重要的原子参数有 、

、 、 、 和 等。

4. 简答题

4.01 试解释为什么在氢原子中 3 s 和 3 p 轨道的能量相等，而在氯原子中 3 s 轨道的能量比 3 p轨道的能量要低 。

4.02 将氢原子核外电子从基态激发到 2 s 或 2 p 轨道所需要的能量有无差别？若是氦原子情况又会如何？

4.03 ⅠA 族元素与 ⅠB 族元素原子的最外层都只有一个 s 电子，但前者单质的活泼性明显强于后者，试从它们的原子结构特征加以说明。

4.04 什么叫元素的电负性？元素的电负性在周期表中呈现怎样的递变规律 ？请按电负性减小的顺序排列下列元素：Be 、B 、Mg 、Al 。

4.05 研究物质磁性表明：金属阳离子含未成对电子越多 ，则磁性越大 ，磁性大小又与音响直接有关 。这个现象是选择录音磁带制造材料的一个因素 。写出下列氧化物（基本上是离子型）中各阳离子的外层电子排布式 ，指出未成对电子数 ，哪种氧化物适合做录音带磁粉原料 ？

⑴ V2O5 ⑵ CrO2 ⑶ AgO ⑷ SnO2

4.06 描述核外电子运动状态的四个量子数的物理意义分别是什么 ？它们分别可取哪些数值？

4.07 从原子结构的特点解释：

⑴ 氮的第一标准电离势比在它前面的碳和在它后面的氧都要大 ；

⑵ 钾的第二标准电离势为第一标准电离势的7.3倍 ，而钙的第二标准电离势却只有第一标准电离势的1.9倍 ；

⑶ 氯和锰同为第 Ⅶ 族元素 ，它们的最高化合价相同 ，但金属性却不同 。

4.08 试回答：3 s 和 3 s 1 各代表什么意思 ？

4.09 什么叫元素的电负性 ？它有哪些主要应用 ？

4.10 19号元素K和29号元素Cu的最外电子层构型都是4 s1 ，但二者的化学活泼性相差很大。试简要给予解释 。

5. 计算题

5.01 分别计算一个氢原子和1 mol 氢原子的电离能。

5.02 通过查表计算1.00g气态Cl原子完全转化为气态Cl-离子所释放出的能量。

5.03 试计算He+, Li2+的电离能。

5.04 按斯莱脱规则计算K，Cu，I的最外层电子感受到的有效核电荷及相应能级

的能量。

5.05 通过近似计算说明，12号、16号、25号元素的原子中，4s和3d哪一个能

级的能量高？

5.06 已知微观粒子的德布罗意关系式 ： （h ＝6.626×10－34 kg•m2•s－1 ，亚佛伽德罗常数为 6.02×1023 ，α 粒子相对原子质量为 4.0 ）若一个α 粒子以 1.50×107m•s－1 速率运动时，计算其波长（m）。

5.07 玻尔理论给出了氢原子不同轨道上电子的能量计算公式：E ＝－2.18×10－18×(J)，已知微观粒子的德布罗意关系式 ： （h ＝6.626×10－34 kg•m2•s－1 ，光速c ＝

3.00×108 m•s－1）。试计算氢原子从 n ＝ 5能级跃迁到 n ＝ 2能级时所产生光子的能量（J）和波长（n m）各是多少？

5.08 玻尔理论给出了氢原子不同轨道上电子的能量计算公式： E ＝ －e V（Z＝1）。若从 Li 表面释放出一个电子所需要的能量是 2.37 ev ，如果用氢原子中电子从n ＝ 2能级跃迁到n ＝ 1能级时所辐射出的光照射锂时，电子将有的最大动能是多少？电子是否可以释放出来？

5.09 根据下列数据，计算 F 的电子亲合能： Δ rHmΘ /( kJ·mol－1)

① Al (s) ＝ Al (g) 326

② Al (g) ＝ Al3＋(g) ＋ 3 e－ 5138

③ F2 (g) ＝ 2 F (g) 160

④ Al (s) ＋ (3 / 2) F2 (g) ＝ AlF3 (s) －1310

⑤ Al3＋(g) ＋ 3 F－(g) ＝ AlF3 (s) －5964

5.10 已知多电子原子的一个电子能量计算可用如下公式：

E ＝ －eV

斯莱脱（Slater）规则指出：同层电子的σ＝0.35（对于1 s 轨道电子 ，则σ＝0.30）；若被屏蔽的电子为 n s 或 n p 时 ，则（n－1）层电子的 σ＝ 0.85 ，更内层电子的σ＝1.00 。 根据上述关系计算锂原子（Z＝3）的第一电离能。

自测练习题答案

1. 是非题

1.01（√） 1.02（×） 1.03（×） 1.04（√） 1.05（×）

1.06（×） 1.07（×） 1.08（√） 1.09（√） 1.10（√）

1.11（×） 1.12（×） 1.13（√） 1.14（√） 1.15（×）

2. 选择题

2.01 （A） 2.02 （D） 2.03 （A） 2.04 （C） 2.05 （D）

2.06 （B） 2.07 （A） 2.08 （C） 2.09 （A） 2.10 （C）

2.11 （A） 2.12 （B） 2.13 （C） 2.14 （B） 2.15 （C）

2.16 （C） 2.17 （D） 2.18 （A） 2.19 （C） 2.20 （D）

3. 填空题

3.01 核外电子运动状态，原子轨道，概率密度，概率密度。

3.02 球壳，几率，几率密度，球壳总体积，几率，球壳总体积，几率密度，几率。

3.03 n = 3，l = 2，m = 0，±1，±2中任意3个，ms = +1/2或-1/2 ，

1s22s22p63s23p63d54s1，四，6，铬，Cr。

3.04 5d106s1，3s23p63d1。

3.05 原子序数，电子层结构周期性，4s3d4p，6s4f5d6p。

3.06 1，2，0，3，4。

3.07 8，3，活泼，M2O3。

3.08 3d54s1，3dxy，3dxz，3dyz，

3.09 4个区；s区：ns1-2，p区：ns2np1-6，d区：(n-1)d1-10ns1-2，

f区：(n-2)f1-14(n-1)d0-1ns2

3.10 用以表达原子特征的参数，原子核电荷数，相对原子质量，原子半径，电

离能，电子亲合能，电负性。

4. 简答题

4.01 氢原子只有一个电子，没有屏蔽效应 ，也无穿透效应 ，轨道能量只决定于主量子数n 。氯原子是多电子原子 ，存在屏蔽效应和穿透效应 ，造成同主层不同亚层的能级分裂 。电子在3 s 和 3 p 轨道上受到其它电子的屏蔽作用不同 ，它们的穿透能力也不同 ，造成在不同亚层轨道上的能量不同 。所以在多电子原子中 ，轨道能量不仅与主量子数n有关 ，还与副量子数l有关 。

4.02 将氢原子核外电子从基态激发到 2 s 或 2 p 轨道所需要的能量无差别 ，因为氢原子是单电子原子 ，轨道能量只决定于主量子数n ，所以E2s＝E2p 。但氦原子属于多电子原子 ，轨道能量不仅与主量子数n有关 ，还与副量子数l有关 ，E2s<E2p ，所以核外电子从基态激发到 2 p 轨道所需要的能量要高一些 。

4.03 ⅠA 族元素最外层和次外层电子结构是(n－1) s2 (n－1) p6 n s1

ⅠB 族元素最外层和次外层电子结构是(n－1) s2 (n－1) p6 (n－1) d10 n s1

两者的差别在ⅠB 族原子次外层多了10个d电子 。由于d电子对核的屏蔽作用较小 ，原子的有效核电荷较多 ，因此ⅠB 族原子对外层s电子的束缚比ⅠA 族原子对外层s电子的束缚强得多 ，故ⅠB 族元素不如ⅠA 族元素活泼 。

4.04 元素的原子在化合物分子中把电子吸引向自己的能力称为元素的电负性 。在周期表的同周期元素中从左至右电负性递增(因为半径递减 ，核对外层电子的有效核电荷递增) ；同主族元素从上至下电负性递减(因为半径增大 ，核对外层电子的有效核电荷减小 。但ⅢA、ⅣA中第四周期元素的电负性有突升) ；同副族元素从上至下电负性缺乏明显规律性(因为半径变化和有效核电荷变化的影响不一致 ，一般而言前期从上至下电负性减小 ，而后期从上至下电负性增大) 。根据上述规律 ，Be 、B 、Mg 、Al按电负性减小的顺序排列如下：B > Be ≈Al > Mg 。其中Be和Al电负性相近 ，是由于半径的增大抵消了有效核电荷增大的影响 ，这就是所谓“对角线规则”的表现。

4.05 ⑴ V5＋ 3 s 2 3 p 6 ，未成对电子数为0 。

⑵ Cr4＋ 3 d 2 ，未成对电子数为2 。

⑶ Ag2＋ 4 d 9 ，未成对电子数为1 。

⑷ Sn4＋ 4 d 10 ，未成对电子数为0 。

CrO2 适合做录音带磁粉原料 ，因为它的未成对电子数较多 ，磁性较大。

4.06 主量子数 n ：物理意义 表征原子轨道几率最大区域离核的远近及能量的高低 。

可取数值 n ＝1，2，3，4，5，6，7 …… (非零的任意正整数)

角量子数 l ：物理意义 表征原子轨道的形状及能量的高低 。

可取数值 l ＝0，1，2，3，4 …… (n － 1)

磁量子数 m ：物理意义 表征原子轨道在空间的伸展方向 。

可取数值 m ＝0，±1，±2，…… ±l

自旋量子数 ms ：物理意义 表征电子自旋的两种不同方式 。

可取数值 ms ＝±1/2

4.07 ⑴ 因为原子轨道的电子处于半充满和全充满情况时比较稳定 ，则电离能会偏高 。N的外围电子构型为2 s 2 2 p 3 ，p轨道处于半满的稳定状态 。

⑵ K的外围电子构型为4 s 1 ，当失去一个电子后就减少了一个电子层 ，核对外层电子的吸引力急剧增大 ，所以第二电离能比第一电离能大许多 。而Ca的外围电子构型为4 s 2 ，失去一个电子后并未减少电子层 ，所以第二电离能比第一电离能大不多 。

⑶ Cl的外围电子构型为3 s 2 3 p 5 ，Mn的外围电子构型为3 d 5 4 s 2 。Cl的最外层电子达7个 ，已接近8电子的稳定状态 ，所以具有强烈的获得一个电子的倾向 ，非金属性很强 。而Mn的原子半径较大 ，最外层只有两个电子 ，所以失去电子的倾向较大 ，具有较强的金属性 。

4.08 3 s 是表示第三电子层上的s 轨道 ，即n＝3 ，l ＝0 ，m＝0 的原子轨道 ，由n ，l ， m 三个量子数来确定 。 3 s 1 则表示表示第三电子层上s 轨道上的一个电子 ，即n＝3 ，l ＝0 ，m＝0 ，ms＝ ＋ (或－ ) 的一个电子运动状态 ，需要用n ，l ，m ，ms四个量子数来确定 。

4.09 元素的原子在化合物分子中把电子吸引向自己的能力称为元素的电负性 。

虽然元素的电负性数据不够严密 ，不宜作定量计算 ，仅供粗略定性估计 。电负性主要有如下三方面的应用 ：

⑴ 比较元素的金属性与非金属性相对大小 电负性越小 ，金属性越强 ；电负性越大 ，非金属性越强 。在周期表中右上角的F电负性最大 ，非金属性最强 ；左下角的Cs电负性最小 ，金属性最强 。

⑵ 估计化学键的类型 目前有两个经验的公式作判断 ，因此有两个分界的数据 。

① 鲍林判据 当两个元素的电负性差≥1.7 ，则它们之间所形成的化学键为离子键(准确说是健的离子性百分数≥51％) ，反之 ，则形成共价键 。

② 汉纳－斯迈思判据 当两个元素的电负性差≥2.1 ，则它们之间所形成的化学键为离子键 ，反之 ，则形成共价键 。

③ 判断共价键极性的相对大小 成键两元素的电负性差越大 ，则共价键的极性也越大 。如HF的极性就大于HCl的极性 。

4.10 钾的电子构型为 1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 1 ，其外围电子构型为 4 s 1 。而铜的电子构型为1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 3 d 10 4 s 1 ，其外围电子构型为3 d 10 4 s 1 。可见两者最外电子层构型都是4 s1 ，但次外层电子构型不同 ，铜比钾多了10个d电子 。由于铜比钾新增了10个核电荷 ，但新增的d电子不能完全屏蔽这10个核电荷 ，所以铜的最外层电子受到的有效核电荷比钾的大得多 。失去电子比钾要难得多 ，故铜的化学活泼性比钾差得多 。

5. 计算题

5.01 应用里德堡公式算得ν，代入E = hν计算。2.179×10-18 J，1312 kJ•mol-1。

5.02 Cl原子的电子亲合能为3.7 eV原子，l eV = 1.602×10-19 J，10 kJ•mol-1。

5.03 5249.06 kJ•mol-1，11809.2 kJ•mol-1。

5.04 K: Z* = 2.2, E = -1012.86 kJ•mol-1; Cu: Z*=3.7, E = -1703.45 kJ•mol-1; I: Z* = 7.6,

E = -3170.96 kJ•mol-1.

5.05 提示：对12号、16号元素计算时，先假设有1个3s或3p电子已激发到4s

或3d轨道上，然后按激发态电子排布式计算。

12号：E4s = -1.3×10-20 J， E3d = -1.78×10-20 J；

16号：E4s = -3.06×10-20 J， E3d = -1.78×10-20 J；

25号：E4s = -1.3×10-19 J， E3d = -6.27×10-19 J；

5.06 ∵, α 粒子相对原子质量为 4.0 ，即1 mol（6.023×1023 个）为

4.0 克，或 4.0×10－3 kg 。

∴ ＝＝6.65×10－15 (m)

5.07 氢原子的电子从 n ＝ 5能级跃迁到 n ＝ 2能级时所产生光子的能量为

＝－2.18×10－18×＝4.58×10－19 (J)

该种光的波长 ：＝＝＝434 (nm)

5.08 ∵ E ＝ －e V

∴ 氢原子中电子从n ＝ 2能级跃迁到n ＝ 1能级时所辐射出的光的能量为

＝－13.6×＝10.20 (eV) > 2.37 eV

所以电子可以从锂的表面释放，电子的最大动能为 E＝10.20－2.37＝7.83 (eV)

5.09 试设计一个波恩－哈柏循环： ④

Al (s) ＋ (3 / 2) F2 (g) ＝ AlF3 (s)

↓① ↓③

Al (g) F (g)

↓② ↓⑥ ⑤

Al3＋(g) ＋ F－(g)

根据盖斯定律，对于化学反应的热效应：

④ ＝ ①＋②＋③＋④＋⑤＋⑥

所以 ⑥ ＝①＋②＋⑤＋1.5×③－④

得 3 F(g) － 3 e－ ＝ 3 F－(g)

则 F 的电子亲合能为：

E ＝ －×（326＋5138＋－5964＋1310＋1.5×160）＝－350 (kJ•mol－1)

5.10 根据多电子原子中一个电子能量的计算公式：

E ＝ － eV

中性Li 原子中电子的总能量为

＝

Li＋ 离子中电子的总能量为 ＝

Li 原子的第一电离能 ＝－＝

＝ 5.746 (eV)

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/eadd72addd3383c4bb4cd2c6.html