1、1第 1 章 原子结构与元素周期律1-1 在自然界中氢有三种同位素，氧也有三种同位素，问：总共有多少种含有不同核素的水分子？由于 3H 太少，可忽略不计，问：不计 3H 时天然水中共有多少种同位素异构水分子？解： 共有 18 种不同核素的水分子共有 9 种不同核素的水分子1-2答：出现两个峰1-3 用质谱仪测得溴的两种天然同位素的相对原子质量和同位素丰度分别为 79Br 78.9183 占 50.54%， 81Br 80.9163 占 49.46%，求溴的相对原子质量。解：1-4 铊的天然同位素 203Tl 和 205Tl 的核素质量分别为 202.97u 和 204.97u，已知铊的相对原子
2、质量为204.39，求铊的同位素丰度。解： 设 203Tl 的丰度为 X， 205Tl 的丰度为 1-X204.39 = 202.97X + 204.97(1-X) X= 29.00%1-5 等质量的银制成氯化银和碘化银，测得质量比 m（AgCl）：m （AgI ）= 1：1.63810，又测得银和氯的相对原子质量分别为 107.868 和 35.453，求碘的原子量。解：X= 126.911-8 为什么有的元素原子量的有效数字的位数多达 9 位，而有的元素的原子量的有效数字的位数却少至 34 位？答：单核素元素只有一种同位素，因而它们的原子量十分准确。而多核素元素原子量的准确性与它们同位素丰
3、度的测量准确性有关（样品的来源、性质以及取样方式方法等） 。若同位素丰度涨落很大的元素，原子量就不可能取得很准确的数据。1-13解：（1）r=c /=(3108)/(63310-9) = 4.741014 Hz 氦-氖激发是红光（2）r=c/=(3.010 8)/(435.810-9) = 6.881014 Hz 汞灯发蓝光18)(13132 cc9222 91.7%46.913.8054.9183.7)Br( AX107.8635.4638.1)AgI(Cl m2（3）r=c/=(3.010 8)/(670.810-9) = 4.471014 Hz 锂是紫红1-14 Br2 分子分解为 Br
4、 原子需要的最低解离能为 190kJ.mol-1，求引起溴分子解离需要吸收的最低能量子的波长与频率。解：1-17. 解：r = E/h = (310103)/(6.6310-346.021023) 则 = c/r = 397 nm1-18 光化学毒雾的重要组分之一NO 2 解离为 NO 和 O2 需要的能量为 305kJ.mol-1，引起这种变化的光最大波长多大？属于哪种辐射范围？已知射到地面阳光最短波长为 320 nm ，NO 2 气体在近地大气里会不会解离？解：属于紫外光区（可见光波长范围 400760nm ） ，在近地大气里会解离。1-19 氢原子核外电子光谱中的莱曼光谱中有一条谱线的波
5、长为 103 nm，问：它相应于氢原子核外电子的哪一个跃迁？解：已知 n1= 1 解得：n 2=3 即电子从 MK 1-21 当电子的速度达到光速的 20%时，该电子的德布罗依波长多大？当锂原子（质量 7.02amu)以相同速度飞行时，其德布罗依波长多大？解：143423 076.106.10.69shNEAnmc7.41498nmEhcNA3921092.3 051036.67 8423 evJchE 1.2093.101362. 18984 .)(.21 pmmvh 1.201.%0130.962841 31-23解：K 层电子最大数目：2 L 层电子最大数目： 8 M 层电子最大数目：8
6、1-24解：（b）1p (d) 2d (f) 3f 这些符号是错误的。1-25解：N=1 l=1 m=0 这一套量子数是不存在的1-26解：（a） l=0 (b) l=1 (c) l=2 (d) l=0 (e) l=3 (f) l=41-27. 解：4s 能级有 1 个轨道 5p 能级有 3 个轨道 6d 能级有 5 个轨道 7f 能级有 7 个轨道5g 能级有 9 个轨道1-28 根据原子序数给出下列元素的基态原子的核外电子组态：(a)19K (b)13Al (c)17Cl (d)22Ti (e)30Zn (f)33As解：K: Ar4s 1 Al: Ne3s23p1Cl: Ne3s23p5
7、 Ti: Ar3d24s2Zn: Ar3d104s2 As: Ar3d104s24p31-29 请预言第 118 和第 166 号元素在周期表中的位置 .解：118号: Rn5f146d107s27p6 第七周期, 零族 166号: 1185g186f147d108s28p4 第八周期, A 族1-30 给出下列基态原子或离子的价电子层电子组态，并用方框图表示轨道。(a) Be (b)N (c)F (d)Cl- (e)Ne+ (f) Fe3+ (g)As3+解：Be: 2s 2N: 2s22p3F: 2s22p5Cl-: 3s23p6pmmvh 416827342 0.904.9 %0106.
8、17 4Ne+: 2s22p5Fe3+: 3d5As3+: 4s21-31. 解： 1s 2s 2p 这组组态符合洪特规则1-32 以下哪些原子或离子的电子组态是基态、激发态还是不可能的组态？(a)1s22s2 (b)1s23s1 (c)1s23d3 (d)Ne3s23d1 (e)Ar3d24s2 (f)1s22s22p63s1 (g)Ne3s23d12 答：a e f h i 是基态 b c d 是激发态 g是不可能组态1-33 Li+、Na +、 K+、Rb +、Cs +的基态最外层电子组态与次外层电子组态分别如何？解： Li+: 1s2 Na+: 2s22p6 次外层1s 2 2e-K+
9、: 3s23p6 次外层2s 22p6 8e- Rb+: 4s24p6 次外层 3s23p63d10 18e- Cs+: 5s25p6 次外层4s 24p64d10 18e- 1-34 Al3+, Cs+具有 8 电子外壳1-35 已知电中性的基态原子的价电子层电子组态分别为：(a) 3s23p5 (b) 3d64s2 (c)5s2 (d)4f96s2 (e) 5d106s1试根据这个信息确定它们在周期表中属于哪个区？哪个族？哪个周期？解： (a) p区、A、第三周期 (b) d区、 、第四周期 5(c) s区、 A、第五周期(d) f区、 B、第六周期(e) ds区、 B、第六周期1-36
10、根据Ti 、Ge、Ag、Rb、Ne在周期表中的位置，推出它们的基态原子的电子组态。解： Ti：B、第四周期 电子组态：Ar3d 24s2 Ge：A 、第四周期 电子组态：Ar3d 104s24p2 Ag：B、第五周期 电子组态：Kr4d 105s1 Rb：A、第五周期 电子组态：Kr5s 1 Ne：零族、第二周期 电子组态：He2s 22p6 1-37 试推测114号元素在周期表的位置和可能的氧化态。答： 114号： 86Rn 5f146d107s27p2 第七周期、 A、氧化态+2、 +4 1-38 第八周期的最后一个元素的原子序数多大？请写出它的基态原子的电子组态。第八周期的最后一个元素：
11、 原子序数 = 86 + 32 +50 = 168118 5g186f147d108s28p6 1-42 某元素的基态价层电子构型为5d 26s2，请给出比该元素的原子序数小4的元素的基态原子电子组态。答： 54Xe 4f126s2 1-43 某元素的价电子为4s 24p4，问：它的最外层、次外层的电子数；可能氧化态及在周期表中的位置，它的基态原子的未成对电子数，它的氢化物的立体结构。答：最外层=6e-， 次外层=18e-； 氧化态= -2、+4、+6； 第四周期、A，p区； 未成对电子= 2， 氢化物的结构为V型。1-44 某元素基态原子最外层为5s 2，最高氧化态为+4，它位于周期表哪个区
12、？是第几周期第几族元素？写出它的+4氧化态离子的电子构型。若用A代替它的元素符号，写出相应氧化物的化学式。答： d区、第五周期、B；6A4+：Ar3d 104s24p6氧化物的化学式：AO 245. 答案见讲义课件。46. 答案见讲义课件。1-47. 解：氟的电负性最大。铯的电负性最小1-50 答:B 族，铜，银，金和稀有气体。1-52 答:从上到下，同族元素氧化态稳定性增强，但第五周期非金属的氧化态很不稳定，第六周期的汞，铊，铅，铋的最稳定氧化态不是族序数，而是 0，+1，+2，+3，第族从左到右最高氧化态的稳定性下降，从上到下最高正氧化态稳定性增强。补充练习题1. 某元素原子的最外层上仅有
13、1个电子，此电子的量子数是n=4 ， l=0， m=0， ms= 。问：符合上述条件的元素有几种？原子序数各为多少？写出相应元素的元素符号和电子排布式，并指出其价层电子结构及在周期表中的区和族。解： 4s 13种 19号、24号和29号 KAr4s1 价电子构型 4s1 s区 ACrAr3d54s1 价电子构型 3d54s1 d区 BCuAr3d104s1 价电子构型 3d104s1 ds区 B2. 某元素的原子序数为35，试回答：其原子中的电子数是多少？有几个未成对电子？其原子中填有电子的电子层、能级组、能级、轨道各有多少？价电子数有几个？该元素属于第几周期，第几族？是金属还是非金属？最高氧
14、化态是多少？解：电子数为35，1个未成对电子。4个电子层；4个能级组；18个轨道；8个能级1s,2s,2p,3s,3p,3d,4s,4p；7个价电子第四周期，A，非金属，最高氧化态为 7。7第2章 分子结构2-1 解： O2： H2O2: : O O: HOOH 共 12e 共 14eCO: CO2: :C O: :OCO:共 10e 共 16eNCl3 SF4 FCl | F S F N . | FCl Cl 共 34e共 26e2-3 答 ：LiH: Li 的电子排布:1s 22s1 H 的电子排布:1s 1该分子内的 键由 ss 原子轨道重叠构建 ,即形成 ss 键.HCl: H 的电子
15、排布:1s 1 Cl 的电子排布:1s 22s22p63s23p5该分子内的 键由 sp 原子轨道重叠构建,即形成 sp 键.Cl2: Cl 的电子排布 :1s22s22p63s23p5该分子内的 键由 pp 原子轨道重叠构建,即形成 pp 键.2-4 答： N 的基态电子组态为 1s22s22p3,这说明 N 原子的 3 个 2p 电子各自占有一个2p 轨道,即 px , py , pz ,这三个轨道相互正交 ,这样就形成了由一个 键和 2 个 键构成的三键,即在该图中,中间的直线代表-NN 骨架,两个方框表示形成 键的两对 2p 电子的电子云在空间的取向.2-5. 用 VSEPR模型讨论下
16、列分子的模型,画出立体结构 . CO 2 H 2O NH 3 CO 32- PO 33- PO 43-8解： CO 2 VP=2+0 sp杂化 线型 OCOH 2O VP=2+2 sp3杂化 V型NH 3 VP=3+1 sp3杂化 三角锥CO 32- VP=3+0 sp2杂化 平面三角PO 33- VP=3+1 sp3杂化 三角锥PO 43- VP=4+0 sp3杂化 四面体2-7 答: 由三个。丙烷分子中的每个 C 原子都是 sp3 杂化，形成正四面体，故只有三个原子可以处于同一个平面内，如图：2-8 解：金刚烷的立体构型为由图可知，立体烷分子中有四个六元环，这些六元环各不相同，因为 C10
17、H16 中的 C 原子取 SP3 杂化，而每个 C 原子与其连的原子有差异，形成的 4 个 SP3 杂化轨道有差异，是不等性杂化，故形成的六元环不相同。当分子中的次甲基处于立方体的面心位置时，根据杂化轨道理论，分子中的CH基团的 C 原子将处于立方体的四个面上，而其中CH上的 4 个氢原子位于四个顶点上。2-9 解：（1）OF 2：由 VSEPR 模型知，OF 2 属于 AY4 型分子型分子，其空间构型为正四面体，由杂化轨道模型可知，四个键的 键角应为 109o28;由斥力顺序可知，l-O-LL-O-FF-O-F 故 OF2 的分子构型为角型分子，键角小于 109o28（2）CClF 3 由
18、VSEPR 模型知，CClF 3 分子属于 AY5 型分子，其空间构型为三角双锥体，有 3 种空间结构：F E E F F Cl F Cl F F F C l (a) F (b) F E (c) 比较三种构型的斥力，可得(a)的斥力最小，故 CClF3 的空间构型为（a）型。（3）SOCl 2:具有 AY3 型通式，总价电子数为 26， 斥力顺序可知，O=S-Cl Cl-S-Cl 故 O=S-Cl109o28，Cl-S-ClXe-F-Xe90 o 范围内。（5）SF 6：由 VSEPR 模型知，SF 6 属 AY6 型分子，空间构型为正八面体，即其键角为90o。（6）PCl 5:由 VSEPR
19、 模型知，PCl 5 属 AY5 型分子，空间构型为三角双锥体，即其键角为 120o 和 90o 两种。2-10 解：路易斯结构式：HC=C=C=CH H HC：1S 22S22P2 H：1S 1从左起，C 原子编号 1.2.3.4.1 号 C 原子取 SP2 杂化，形成 3 个 键，键角为 120o，有一个含有 1 个电子的垂直于该分子平面的 P 轨道；2 号 C 原子取 SP 杂化轨道，形成 2 个 键，有两个未参与杂化的 P 轨道，与该分子平面互相正交；3 号 C 原子同 2 号 C 原子，取 SP 杂化；4 号 C 原子同 1 号 C 原子，取 SP2 杂化。以上 键形成CCCC骨架。
20、由以上可知，2号 C 原子和 3 号 C 原子的两条在分之平面内且与 骨架垂直的两条 P 轨道以“ 肩并肩”形成 键，而四个 C 原子则共同形成了弥散在整个分子内分子符号为 44 的大 键，其方向垂直于分子平面，分子内 CC 键之角为 180o。2-11 解：由 VSEPR，臭氧离子 O3-属于 AY4 型分子，其空间构型为正四面体，即由斥力顺序可知，l-O-OO-O-O 即O-O-O109o28，但 O-O-O90o，因为O-O-O90 o 时，斥力变大不利于分子的稳定，故 O3-的键角应为100o，属于以上范围，很符合 VSEPR 模型。2-12. 第二周期同核双原子分子中哪些不能稳定存在
21、？哪些有顺磁性？试用分子轨道理论解释。解：Be 2、Ne 2键级 = 0，不能稳定存在。Be2KK(2s)2(*2s)2Ne2KK(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2p)4( *2p)2B 2、 O2存在成单电子，有顺磁性B2KK(2s)2 (*2s)2 (2py)1 (2pz)1O2KK(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2py)1 (*2pz)12-13. O2+、O 2、O 2-和O 22-的实测键长越来越长，试用分子轨道理论解释。其中哪些有顺磁性？解：O 2KK(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2p)2 键级 = 2 顺磁性O2+KK
22、(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2p)1 键级 = 2.5 顺磁性O2-KK(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2p)3 键级 = 1.5 顺磁性10O22-KK(2s)2 (*2s)2(2p)2 (2p)4 (*2p)4 键级 = 1键级减小，键长则增长.2-17. 计算偶极矩单位德拜D与10 -30Cm的换算系数。解：1D = 10-18esucm = 10-183.33510-1010-2 Cm = 3.33510-30 Cm2-22. 水的实测偶极矩为1.85D，已知HO键的键矩为 1.51D，H 2O的实测键角为104.5 ，借助矢量加和法由HO键
23、矩计算水分子偶极矩。解： = 2 HO cos 52.25 = 21.510.61 = 1.85 D2-23. CO分子与醛酮的羰基相比,键能较大,键长较小,偶极矩则小得多,且方向相反.试从结构角度作出解释.解：由于氧原子单方面提供电子形成键,不仅抵消了由于电负性之差所造成的氧原子上负电荷的积累,反而使碳略带上部分的负电荷.故与羰基偶极方向相反,且接近为零.10试由下列数据推断分子间力的大小顺序,它与相对分子质量大小顺序一致吗?为什么?单质氢的熔点 -259.19,沸点-252.76单质氦的熔点 -272.2,沸点-268.94答：不一致。因为单质氦为单原子分子，全充满结构，变形性小，分子间作
24、用力弱。补充题：12.根据杂化理论回答下列问题:(1)下表中各种物质中心原子是否以杂化轨道成键?为什么? 以何种类型杂化轨道成键?(2)NH 3、H 2O 的键角为什么比 CH 4 小?分子 CH 4 H 2O NH 3 CO 2 C 2H 4键角 109.5 104.5 107.5 180 120答:(1)表中各物质中心原子都以杂化轨道成键，这样成键电子云重迭大，分子稳定。各种杂化形式如下:分子 CH 4 H 2O NH 3 CO 2 C 2H 4杂化方式 Sp3 Sp3 Sp3 sp Sp2(2)NH 3 中的 N、H 2O 中的 O 和 CH 4 中的 C 都是 sp3 杂化，CH 4 的 C 原子的 4 个 sp3 杂化轨道没被孤电子对占据，都形成 C-H 键，4 个等同的 C-H 键指向正四面体的 4 个顶点，夹角为 109.5，而 NH 3 中 N 原子的 4 个 sp3 杂化轨道中有一个被孤电子对占据，
