【化學(xué)競(jìng)賽試題】第一章 第1節(jié)原子結(jié)構(gòu)

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第1節(jié) 原子結(jié)構(gòu)模型 【自學(xué)目標(biāo)】 1．了解原子核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，學(xué)會(huì)用四個(gè)量子數(shù)來(lái)表示核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)； 2．知道原子核外電子在一定條件下會(huì)發(fā)生躍遷，知道原子核外電子躍遷會(huì)吸收或放出光子，并了解其應(yīng)用。 3．了解原子吸收和發(fā)射光譜分析。知道原子核外電子的能量是量子化的，了解原子核外電子的排布規(guī)律。 4.了解人類探索物質(zhì)結(jié)構(gòu)的歷程，認(rèn)識(shí)從原子、分子等層次研究物質(zhì)的意義。討論模型方法在探索原子結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用。 5. 知道物質(zhì)是由微粒構(gòu)成的,了解研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的基本方法和實(shí)驗(yàn)手段。 【自學(xué)助手】 1、原子結(jié)構(gòu)理論發(fā)展史：1803年提出原子是一個(gè)“實(shí)心球體”的是英國(guó)化學(xué)家 ，1903年湯姆遜提出原子結(jié)構(gòu)的“ ”模型，1911年盧瑟福提出了原子結(jié)構(gòu)的 模型，1913年玻爾提出 的原子結(jié)構(gòu)模型，建立于20世紀(jì)20年代中期的 模型已成為現(xiàn)代化學(xué)的理論基礎(chǔ)。 2．光譜分為 和 ，氫原子光譜為 。為了解釋原子的穩(wěn)定性和 的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，丹麥科學(xué)家波爾在 原子模型的基礎(chǔ)上提出了 的原子結(jié)構(gòu)模型，該理論的重大貢獻(xiàn)在于指出了原子光譜源自 在不同能量的 上的躍遷，而電子所處的 的能量是 。 3.核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是由 四個(gè)量子數(shù)決定的。其中，主量子數(shù)n的取值為 …，對(duì)應(yīng)的符號(hào)為 …，n越大，表明電子離核的平均距離 、能量 ，因此將n值所表示的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為 。 在多電子原子中，角量子數(shù)l與 一起決定著原子軌道的能量，若兩個(gè)電子所取的n、 l值均相同，就表明這兩個(gè)電子具有 。 對(duì)于確定的n值，l的取值共 個(gè)，分別是 …，對(duì)應(yīng)的符號(hào)為 …，在一個(gè)電子層中，l 有多少個(gè)取值，就表示該電子層有多少個(gè)不同的 （也稱亞層）。 對(duì)每一個(gè)確定的l，m值可取 ，…，共 個(gè)值；處于同一原子軌道上的電子自旋狀態(tài)只有 種，分別 用 來(lái)表示。一旦確定了n、 l和m，就確定了 即原子軌道，再加上 ，即可完整描述原子中的電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。 4. 4p軌道的主量子數(shù)為 ，角量子數(shù)為 ，該亞層的軌道最多可以有 種空間取向，最多可容納 個(gè)電子。 【思維點(diǎn)撥】 【例題1】下列各電子層中不包含d亞層的是 A．N電子層 B．M電子層 C．L電子層 D．K電子層 【解答】本題考查學(xué)生對(duì)四個(gè)量子數(shù)的掌握情況。在一個(gè)多電子的原子中，若兩個(gè)電子所占據(jù)原子軌道的n、l相同，就表明這兩個(gè)電子具有相同的能量，我們就用電子亞層(或能級(jí))來(lái)表達(dá)n、l相同電子運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于確定的n值，l的取值就有n個(gè)：0、1、2、3…、(n-1)，對(duì)應(yīng)符號(hào)為s、p、d、f…。所以，當(dāng)n＝1(K電子層)時(shí)，l＝0，即為s亞層；當(dāng)n＝2(L電子層)時(shí)，l＝0，1，即為s亞層和p亞層；當(dāng)n＝3(M電子層)時(shí)，l＝0，1，2，即為s亞層、p亞層和d亞層；當(dāng)n＝4(N電子層)時(shí)，l＝0，1，2，3，即為s亞層、p亞層、d亞層和f亞層。 【答案】CD 【例題2】下列說(shuō)法是否正確？如不正確，應(yīng)如何改正？ (1) s電子繞核旋轉(zhuǎn)，其軌道為一圓圈，而p電子是走∞字形。 (2) 主量子數(shù)為1時(shí)，有自旋相反的兩條軌道。 (3) 主量子數(shù)為3時(shí)，有3s、3p、3d、3f四條軌道。 【解答】本題是涉及電子云及量子數(shù)的概念題。必須從基本概念出發(fā)，判斷正誤。 (1)不正確，因?yàn)殡娮舆\(yùn)動(dòng)并無(wú)固定軌道。應(yīng)改為：s電子在核外運(yùn)動(dòng)電子云圖像或概率分布呈球型對(duì)稱，其剖面圖是個(gè)圓。而p電子云圖或概率分布呈啞鈴型，其剖面圖是∞形。 (2)不正確，因?yàn)閚＝1，l＝0，m＝0，只有一個(gè)1s原子軌道。應(yīng)改為主量子數(shù)為1時(shí)，在1s原子軌道中有兩個(gè)自旋相反的電子。 (3)不正確，因?yàn)閚＝3時(shí)，l只能取0、1、2，所以沒(méi)有3f。另外3s、3p、3d的電子云形狀不同，3p還有m＝0、1三種空間取向不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，有3個(gè)原子軌道，3d有m＝0、1、2五種空間取向，有5個(gè)原子軌道。因此應(yīng)改為：主量子數(shù)為3時(shí)，有9個(gè)原子軌道。 【自我檢測(cè)】 1．下列電子層中，原子軌道的數(shù)目為4的是 （ ） A．K層 B．L層 C．M層 D．N層 2．下列關(guān)于電子云的說(shuō)法不正確的是( ) A. 電子云是描述核外某空間電子出現(xiàn)的幾率密度的概念; B. 電子云是電子在核內(nèi)外空間出現(xiàn)的幾率和幾率密度 C. 電子云有多種圖形,黑點(diǎn)圖只是其中一種; D. 電子就象云霧一樣在原子核周圍運(yùn)動(dòng),故稱為電子云. 3．描述一確定的原子軌道（即一個(gè)空間運(yùn)動(dòng)狀態(tài)），需用以下參數(shù) （ ） A. n、l B. n、l、m C. n、l、m 、ms D. 只需n 4．n＝4時(shí)，m的最大取值為 （ ） A. 4 B. 4 C. 3 D. 0 5．原子中電子的描述不可能的量子數(shù)組合是 （ ） A. 1，0，0， B. 3，1，1， C. 2，2，0， D. 4，3，－3， 6．多電子原子中，在主量子數(shù)為n，角量子數(shù)為l的能級(jí)上，原子軌道數(shù)為（ ） A. 2l＋1 B. n－1 C. n－l＋1 D. 2l－1 7．玻爾理論不能解釋 （ ） A. H原子光譜為線狀光譜 B. 在一給定的穩(wěn)定軌道上，運(yùn)動(dòng)的核外電子不發(fā)射能量----電磁波 C. H原子的可見(jiàn)光區(qū)譜線 D. H原子光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu) 8． P軌道電子云形狀正確敘述為( ) A. 球形對(duì)稱; B. 對(duì)頂雙球; C. 極大值在X.Y.Z軸上的紡錘形; D. 互相垂直的梅花瓣形. 9．首次將量子化概念應(yīng)用到原子結(jié)構(gòu)，并解釋了原子的穩(wěn)定性的科學(xué)家是（ ） A. 道爾頓 B. 愛(ài)因斯坦 C. 玻爾 D. 普朗克 10．在多電子原子中，具有自下列各組量子數(shù)的電子中能量最高的是 （ ） A．3，2，＋1， B．2，1，＋1， C．3，1，0， D．3，1，－1， 11．3d能級(jí)中原子軌道的主量子數(shù)為 ，角量子數(shù)為 ，該能級(jí)的原子軌道最多可以有 種空間取向，最多可容納 個(gè)電子。 12．寫(xiě)出具有下列指定量子數(shù)的原子軌道符號(hào)： ⑴ n＝2，l＝1 ；⑵ n＝3，l＝0 ； ⑶ n＝5，l＝2 ；⑷ n＝4，l＝3 。 13．原子中的電子，下面哪些量子數(shù)組是容許的? （ ） A. n＝3，l＝1，m＝－1 B. n＝3，l＝1，m＝2 C. n＝2，l＝2，m＝－1 D. n＝6，l＝0，m＝0 14．關(guān)于下列對(duì)四個(gè)量子數(shù)的說(shuō)法正確的是( ) A. 電子的自旋量子數(shù)是,在某一個(gè)軌道中有兩個(gè)電子,所以總自旋量子數(shù)是1或是0 B. 磁量子數(shù)m=0的軌道都是球形的軌道 C. 角量子數(shù)l的可能取值是從0到n的正整數(shù) D. 多電子原子中,電子的能量決定于主量子數(shù)n和角量子數(shù)l 15．2p軌道的磁量子數(shù)可能有（ ） A. 1，2 B. 0，1，2 C. 1，2，3 D. 0，＋1，－1 16． n. l.m確定后,仍不能確定該量子數(shù)組合所描述的原子軌道的( ) A. 數(shù)目 B. 形狀 C. 能量 D. 所填充的電子數(shù)目 17．假定有下列電子的各組量子數(shù)，其中n正確，請(qǐng)指出哪幾組不能存在，為什么？ A B C D E F n 1 3 3 2 2 4 l 1 1 2 0 -1 3 m 1 2 1 0 1 2 ms －1 +1/2 -1/2 0 +1/2 2 18． 當(dāng)n＝4時(shí)，l的可能值是多少? 軌道的總數(shù)是多少？最多容納的電子數(shù)是多少？ 4 第 頁(yè),共 4頁(yè)