基础化学第九章后习题解答

第九章后习题解答

习题

1．如何理解电子的波动性？电子波与电磁波有什么不同？

解 电子的波动性是指高速运动的电子不可能像经典粒子那样去描述它的运动轨迹和运动状态，因为它在空间的位置和运动速度不可能同时被精确测定。因此，电子的运动状态只能用统计的方法表达，即描述处在一定能态的电子在空间某区域出现的概率。量子力学用波函数的平方值得到了这个概率密度，所以说电子波是概率波。而电磁波一种能量波，是电荷振荡或加速时电场和磁场的周期性振荡的能量传播。

2．“1s电子是在球形轨道上运动”。这样的表达有何不妥？

解 上述说法不正确。原子中的电子不可能有经典的轨道，因此不能说电子沿着什么几何轨迹运动。这里所说的1s轨道是指波函数，其几何形状是球形的。1s轨道表明处在这个能级的电子在原子核外球形空间都可以出现，但在空间各球面上的概率不一样。

3．如果某电子的运动速度是7×105 m·s–1，那么该电子的de Broglie波长应该是多少？ 解 de Broglie关系式

6.6261034kgm2s1h1109m1nm 3151m9.110kg710ms4．设子弹质量为10克，速度为1000 m·s–1，试根据de Broglie式和测不准关系式，通过计算说明宏观物质主要表现为粒子性，它们的运动服从经典力学规律（设子弹速度的测不准量为△υx=10–3 m·s–1）。

解 由de Broglie关系式

6.6261034kgm2s1h356.610m 31m1010kg1000msde Broglie波长如此之小，可以完全忽略子弹的波动行为；

由测不准关系式

6.6261034kgm2s1hΔx5.31030m 3314mΔx41010kg10ms这样小的位置误差完全可以忽略不计，子弹可以精确地沿着弹道轨迹飞行。

5．为什么一个原子轨道只能容纳2个电子？

解 据Pauli不相容原理，原子中没有两个电子有着完全相同的一套量子数n，l，m和s。如果描述电子运动的一套量子数中，两个电子的n，l，和m相同，即处在同一原子轨道上，那么它们的自旋量子数s必须不同，由于自旋量子数只有1 / 5

11，两个值，所以一个22真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

原子轨道只能容纳2个电子。

6．写出下列各能级或轨道的名称：

⑴ n = 2，l = 1 ⑵ n = 3， l = 2 ⑶ n = 5，l = 3 ⑷ n = 2， l = 1， m = -1 ⑸ n = 4， l = 0， m = 0

解 ⑴ 2p轨道；⑵ 3d轨道；⑶ 5f轨道；⑷ 2p能级，m = -1的轨道不是实函数，无法描述几何图形；⑸ 4s轨道。

7．氮的价层电子排布是2s22p3，试用4个量子数的组合表示各价电子的运动状态。 解 2,0,0,11111; 2,0,0,; 2,1,1,; 2,1,0,; 2,0,1,. 222228．以下各“亚层”哪些可能存在？包含多少轨道？

⑴ 2s ⑵ 3f ⑶ 4p ⑷ 5d

解 ⑴ 2s亚层只有1个轨道；⑵ 3f亚层不存在，因为n=3的电子层中l只能小于3，没有l=3的f轨道；⑶ 4p亚层有3个轨道；⑷ 5d有5个轨道。

9．按所示格式填写下表：（基态） 原子序数 49 解

原子序数

10 24 80

电子排布式 [Kr]4d105s25p1

[Ar]3d54s1 [Xe]4f145d106s2

价层电子排布

5s25p1 2s22p6 5d106s2

周期 5 2 4

族 IIIA 0 VIB

电子排布式 1s22s22p6 价层电子排布 3d54s1 周期 6 族 ⅡB 10．不参考周期表，试给出下列原子或离子的电子排布式和未成对电子数： ⑴ 第4周期第七个元素； ⑵ 第4周期的稀有气体元素

⑶ 原子序数为38的元素的最稳定离子； ⑷ 4p轨道半充满的主族元素。

2 / 5

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

解 ⑴ [Ar]3d54s2，5个未成对电子；⑵ [Ar]3d104s24p6，没有未成对电子；⑶ 原子的电子排布式为[Kr]5s2，+2离子的电子排布式为[Kr]5s0，离子没有未成对电子；⑷ [Ar]3d104s24p3，3个未成对电子。

11．写出下列离子的电子排布式：Ag+、Zn2+、Fe3+、Cu+ 。 解 Ag+：[Kr]4d10；Zn2+：[Ar]3d10；Fe3+：[Ar]3d5；Cu+：[Ar]3d10。

12．某元素的原子核外有24个电子，它在周期表中属于哪一周期、哪一族、什么区？其前后相邻原子的原子半径与之大约相差多少？

解 该元素的电子排布式为[Ar]3d54s1，它在周期表中属于4周期、VIB族、d区。由于是d区过渡元素，其前后相邻原子的原子半径约以5pm的幅度递减。

13．同一周期的主族元素，第一电离能I1变化的总趋势是随着原子序数而逐渐增加，但为什么第三周期中15P的I1反而比16S要高？

解 同周期元素自左至右原子半径减小、有效核电荷递增，使得最外层电子的电离需要更高的能量。但15P最外层3p轨道上三个电子正好半充满，根据Hund规则，半充满稳定，结果15P的I1反而比16S要高。

14．将下列原子按电负性降低的次序排列，并解释理由： As、F、S、Ca、Zn 解 这五个元素在周期表中的位置是

族 IIA 周期 2 3 4 Ca Zn As S F IIB V A VIA VIIA 由于周期表中，从左到右元素电负性递增，从上到下元素电负性递减，故各原子按电负性降低次序的排列是：F、S、As、Zn、Ca。

15．基态原子价层电子排布满足下列各条件的是哪一族或哪一个元素？ ⑴ 具有2个p电子；

⑵ 有2个量子数n = 4和l = 0，6个量子数n = 3和l = 2的电子； ⑶ 3d亚层全充满，4s亚层只有一个电子。

解 ⑴原子价层电子排布是ns2np2，IV A族元素；⑵该原子价层电子排布是3d64s2，4

3 / 5

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

周期VIII族的Fe元素；⑶该原子价层电子排布是3d104s1，4周期IB族的Cu元素。

16．铁在人体内的运输和代谢需要铜的参与。在血浆中，铜以铜蓝蛋白形式存在，催化氧化Fe2+成Fe3+，从而使铁被运送到骨髓。试用原子结构的基本理论解释为什么Fe3+比Fe2+要稳定的多？

解 Fe3+的电子组态为[Ar]3d 5，3d轨道正好半充满，根据Hund规则，半充满稳定；Fe2+的电子组态为[Ar]3d 6，失去一个电子后，电子组态为[Ar]3d 5，反而稳定，所以Fe2+的稳定性差。

17．硒与健康关系密切，硒在体内的活性形式为含硒酶和含硒蛋白。缺硒会引起克山病、大骨节病、白内障等。根据硒在周期表中的位置，推测硒的最高价氧化物。

解 硒（Se）在周期表中的位置是第4周期、VIA族、p区，价电子组态为4s24p4，最多可以失去6个电子；一般氧化物中O元素的氧化值为-2，故硒的最高价氧化物为SeO3。

Exercises

1. An electron in a hydrogen atom in the level n=5 undergoes a transition to level n=3. What is the frequency of the emitted radiation?

Solution According to Bohr theory, The energy level can be expressed as

ER1812.1810(J) 22nnThe frequency of radiation emitted by an atom as a result of a transition between two energy levels (En1 and En2) is determined by the frequency rule, hν =|E2 -E1|.

2.181018J6.6261034Js|-13 2152|2.341014s1

2. What is the wavelength of a neutron traveling at a speed of 3.90 km·s-1? Neutrons of the speed are obtained from a nuclear pile.

Solution The mass of the neutron, mn = 1.67×10–27 kg, therefore the wavelength of a neutron traveling at a speed of 3.90 km·s–1 is obtained by using the de Broglie relation:

h6.6261034kgm2s11.02107m102nm 271mn1.6710kg3.90ms3. How many subshells are there in the M shell? How many orbitals are there in the f subshell?

Solution For M shell, n = 3, so where there are 3 subshells. As l = 3 for f subshell, the number of orbitals is 2l+1 = 7.

4. Which of the following electron configurations are possible? Explain why the others

4 / 5

真诚为您提供优质参考资料，若有不当之处，请指正。

are not.

(1) 1s22s12p6 (2) 1s22s22p63s13d6 (3) 1s22s22p8 (4) 1s22s12p63s23d10 Solution All the electron configurations are possible except that one in answer (3), which allows 8 electrons filled in three 2p orbitals.

5. Thallium has the ground-state configuration [Xe]4f145d106s26p1. Give the group and period for this element. Classify it as a main-group, a d-transition, or an f-transition element.

Solution Thallium is a main-group element at Period 6 and Group IIIA of the periodic table. 6. With the aid of a periodic table, arrange the following in order of increasing electronegativity:

(1) Sr, Cs, Ba (2) Ca, Ge, Ga (3) P, As, S

Solution (1) Cs, Ba, Sr; (2) Ca, Ga, Ge; (3) As, P, S

5 / 5