大学实验化学 原子结构和元素周期律

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1、大学实验化学原子结构和元素周期律难题解析[TOP]例9-1什么是原子轨道？原子轨道是什么样子？析原子轨道不是像月球绕地球运动或地球绕太阳运动的那种圆形或椭圆形的运动轨迹，因为原子核外的电子具有波粒二象性，不可能同时有确定的位置和速度，也就无法按照一定方向行进。电子的运动并不是没有规律可循：我们不能知道某一刻电子在什么位置，但是我们能知道它出现在那个位置的可能性有多大。为了表达这样的概率，人们发现了波函数。波函数的几何图形就是原子轨道的形状。答原子中的电子在核外空间出现的概率是通过波函数描述的，波函数的平方的意义是电子在核外空间出现的概率密度。习惯上把这种描述电子运动的波函数称作原子轨

2、道。原子轨道的角度部分和径向部分可以用几何图形表现出来。角度部分的几何图形是原子轨道的形状，如s轨道是球形的，p轨道是哑铃形的。径向部分的图形是曲线，例如径向分布函数曲线的峰表现据原子核一定距离处电子概率的极大值。例9-2概率密度、概率、径向分布函数之间是些什么关系？析概率就是可能性。电子在原子核外的整个无限区间出现的概率为1，在空间某一有限区域出现的概率必小于1。这个空间区域电子概率的大小与空间区域的大小和概率密度有关，是这两个因素的总体体现。答概率密度反映了电子在原子核外的某一点周围微小区域单位体积内出现的概率，概率密度与此微体积的乘积就是这个微区域的电子概律；把微体积扩大到无限

3、空间，概率等于1。如果把微小区域定义为离原子核一定距离的球形表面乘以表面上微壳层的厚度，那么概率密度函数乘以求表面积所得到的径向分布函数，表现了离原子核一定距离处电子概率的大小。例9-3为什么周期表中从左到右原子半径减小，从上到下原子半径增大？非金属元素的原子一般都比金属原子小吗？析原子半径的大小可以表现为电子出现的平均概率离原子核的远近，或者直接说电子离核的远近，它受核对电子吸引力大小的直接影响。所以本题的关键是有效核电荷的变化规律。答同一周期从左到右各元素原子的核电荷和主族元素原子的外层电子数都逐一增加；因为电子层数不变，同层电子的屏蔽效应不大，有效核电荷增加就明显。有效核电荷愈

4、大，对外层电子的吸引力愈大，原子半径就愈小。所以周期表中从左到右原子半径减小。8从上到下各元素原子的电子层数逐一增加，由于内层电子的屏蔽效应，有效核电荷增加缓慢，但电层数是增多的，所以原子半径就增大。从此规律来看，原子半径小的元素分布在周期表的右上角，非金属元素也正好在此位置，因此非金属元素原子一般比同周期金属小，也比同一族的金属小。例9-4为什么第n电子层有n2个原子轨道，能容纳2n2个电子？析本题要么看似简单，要么不好作答。解题关键是明确决定原子轨道和决定电子运动状态的量子数的取值规律。答：电子层由主量子数n确定，而原子轨道必须由n,l,m三个量子数来确定。l取值受n的制约，m取

5、值又受l的制约。第n电子层中，l取0到(n-1)的n个值，给出n个电子亚层；l电子亚层中，m取-l到+l的2l+1个值，即l亚层共有2l+1个原子轨道。所以第n电子层的原子轨道数按各亚层排列应该是：1个、3个、5个、···、2(n-1)+1=2n-1个。现在求和这些奇数，得n2。一个原子轨道最多容纳自旋相反的两个电子，所以第n电子层的n2个原子轨道能容纳2n2个电子。学生自测题[TOP]判断题选择题填空题问答题计算题一、判断题（对的打√，错的打×）1.波函数是指电子在核外某区周围微单位体积中电子出现的概率。()2.s区元素原子的内电子层都是全充满的。()3.氢原子的1s电子激发到3s

6、轨道要比激发到3p轨道所需的能量少。()4.非金属元素的电负性均大于2。()5.p区和d区元素多有可变的氧化值，s区元素（H除外）没有。()二、选择题（将每题一个正确答案的标号选出）[TOP]1.某原子的基态电子组态是[Xe]4f145d106s2，该元素属于()A.第六周期，IIA族，s区B.第六周期，IIB族，p区C.第六周期，IIB族，f区D.第六周期，IIA族，d区E.第六周期，IIB族，ds区2.某一电子有下列成套量子数(n、l、m、s)，其中不可能存在的是()A.3，2，2，1/2B.3，1，-1，1/2C.1，0，0，-1/2D.2，-1，0，1/2E.1，0，0，1/

7、23.下列说法中，正确的是()A.主量子数为1时，有自旋相反的两个轨道。8B.主量子数为3时，3s、3p、3d共三个轨道。C.在除氢以外的原子中，2p能级总是比2s能级高。D.电子云是电子出现的概率随r变化的图像。E.电子云图形中的小黑点代表电子。4.基态24Cr的电子组态是()A.[Ar]4s23d4B.[Kr]3d44s2C.[Ar]3d54s1D.[Xe]4s13d5E.[Xe]3d44s25.下图中表示基态Fe原子的3d和4s轨道中8个电子排布正确