5.2 课后习题详解
（一）思考题
1．量子力学的轨道概念与波尔原子模型的轨道有什么区别和联系？
答：（1）量子力学的轨道与波尔原子模型的轨道的联系：二者均是用于描述电子、种子、质子等微观粒子的运动。
（2）量子力学的轨道与波尔原子模型的轨道的区别：①波尔原子模型的轨道概念是1913年由N.Bohr提出，该模型是建立在牛顿的经典力学理论基础上的，认为微观粒子遵循经典力学的运动规律，电子在原子核外某个确定的原形轨道，但实际上粒子微小、运动速度又极快且在极小的原子体积内运动，根本不遵循经典力学的运动规律。所以它只能解释单电子原子（离子）光谱的一般现象，不能解释多电子原子光谱，具有一定的局限性；
②量子力学的轨道概念是1923年薛定谔提出，该模型是建立在波粒二象性的基础上，认为微观粒子不仅具有粒子性，也具有波动性，电子在原子核外某个空间范围内运动，原子中个别电子运动的轨迹是无法确定，没有确定的轨道。但是电子的运动呈现一定的规律性，可用量子力学理论的电子云进行描述。
2．量子力学原子模型是如何描述核外电子运动状态的？
答：用四个量子数描述核外电子运动状态，它们分别是：
（1）主量子数-描述原子轨道的能级；
（2）副量子数-描述原子轨道的形状；
（3）磁量子数-描述原子轨道的伸展方向；
（4）自旋量子数-描述电子的自旋方向。
3．下列各组量子数哪些是不合理的？为什么？
表5-1
答：（2）、（3）不合理。
当n＝2时，l只能是0.1，而（2）中的l＝2；当l＝0时，m只能是0，而（3）中的m却为＋1。
4．为什么任何原子的最外层最多只能有8个电子，次外层最多只能有18个电子？
答：由于有能级交错的现象，使得轨道的能级次序发生变化，当电子层数（n）较大时，电子填充到轨道的次序为：
可见，最外层为nsnp轨道，最多只能填充8个电子；而次外层最多只能填充
轨道，即最多有18个电子。
5．为什么周期表中各周期的元素数目并不一定等于原子中相应电子层的电子最大容量数（
）？
答：由于能级交错的原因。
6．量子数n＝3，l＝1的原子轨道的符号是怎样的？该类原子轨道的形状如何？有几种空间取向？共有几个轨道？可容纳多少个电子？
答：n＝3，l＝1的原子轨道的符号为3p，形状类似哑铃形，有3种空间取向，共有3个轨道，可容纳6个电子。
7．在下列各组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）
（2）
（3）
（4）
答：（1）属于原子的基态；（3）属于原子的激发态；（2）、（4）纯属错误。
8．（1）试写出S区、P区、d区及ds区元素的价层电子构型。
（2）具有下列价层电子构型的元素位于周期表中哪一个区？它们各是金属还是非金属？
答：（1）
表5-2
（2）
表5-3
9．已知某副族元素的A原子，电子最后填入3d，最高氧化数为＋4；元素B的原子，电子最后填入4p，最高氧化数为＋5。回答下列问题：
（1）写出A、B元素原子的电子分布式；
（2）根据电子分布，指出它们在周期表中的位置（周期、区、族）。
答：（1）A：
B：
（2）A：四周期、d区、ⅣB族元素；B：四周期、p区、ⅤA族元素。
10．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。
答：（1）
表5-4
根据原子性质周期性变化规律，可知29号元素具有较高的第一电离能和较大的电负性。
（2）
表5-5
根据原子性质周期性变化规律，可知37号元素具有较高的第一电离能和较大的电负性。
（3）
表5-6
根据原子性质周期性变化规律，可知38号元素具有较高的第一电离能和较大的电负性。
11．根据原子结构理论试推测：
（1）114号元素原子的电子分布，并指出它属于哪个周期、哪个族？可能与哪个已知元素的性质最为相似？
（2）原子核外出现第一个59电子的元素原子序数是多少？
（3）第七周期最后一种元素的原子序数是多少？
（4）第八周期将包括多少种元素？
答：（1）114号元素原子的电子分布为
价层电子构型为
所以它属于第七周期、ⅣA族，可能与已知元素Pb的性质最为相似。
（2）电子最先填充在第一个59轨道上的元素的原子序数可能是121。
推测：根据电子填充轨道的次序为
可知出现第一个59电子的元素的电子分布式应为
所以该元素原子序数是121。
（3）118。第七周期最后一种元素的价层构型应为
其电子分布式为
所以第七周期最后一种元素的原子序数应为118。
（4）50。第八周期的元素种数应该是第八能级组可填充的电子数，即
，所以第八周期应该包括（2＋18＋14＋10＋6）＝50种元素。
（二）习题
1．在下列各组量子数中，恰当填入尚缺的量子数。
（1）
（2）
（3）
（4）
解：（1）n≥3正整数；
（2）l＝1；
（3）
或
（4）m＝0。
2．在
原子核外的3d、4s轨道内，下列电子分布哪个正确？哪个错误？为什么？
（1）
图5-1
（2）
图5-2
（3）
图5-3
（4）
图5-4
（5）
图5-5
解：（1）不符合能量最低原理；
（2）不符合能量最低原理和洪德规则；
（3）不符合洪德规则；
（4）不符合泡利不相容原理；
（5）正确。
3．（1）下列轨道中哪些是等价轨道？
（2）量子数，n＝4的电子层有几个亚层？各亚层有几个轨道？第四电子层最多能容纳多少个电子？
解：（1）
为等价轨道；
（2）第四电子层共有四个亚层，最多能容纳32个电子。
表5-7
4．以（1）为例，完成下列（2）～（6）题。
（1）Na（Z＝11）
（2）______
（3）Ca（Z＝20）______
（4）______（Z＝24）
（5）______
（6）Kr（Z＝36）
解：（2）P（Z＝15）
（3）
（4）
（5）
（6）
5．写出下列离子的电子分布式。
解：
表5-8
6．试填出下表空格。
解：
表5-9
7．填出下表空格。
解：
表5-10
8．填出下表空格。
解：
表5-11
9．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、B、C顺序增大。已知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两元素间能形成何种化合物？试写出化学式。
解：（1）A、B；
（2）
（3）A；
（4）离子化合物，BC2。
10．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＝0，
试问：
（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：（1）有三种，原子序数分别为19、24、29；
（2）
表5-12
11．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排前三位，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：
表5-13
12．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一的电子层结构与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。
解：
表5-14
