无机化学第六章习题答案-宋天佑-第二版

6—1巴尔麦公式λ=B𝑛2𝑛2−4里德堡公式σ=RH（1𝑛12−1𝑛22）指出上述两个公式之间的内在联系，并由Rh=1.097×105cm-1求出巴尔麦公式中的常数B的数值（以pm为单位）解：波长λ与波数σ之间互为倒数关系，既σ=1λ将巴尔麦公式λ=B𝑛2𝑛2−4的两端分别取倒数，得σ=1𝐵𝑛2−4𝑛2=4𝐵（14−1𝑛2）里德堡公式σ=Rh（1𝑛12−1𝑛22）中当n1=2时即表现为巴尔麦公式，且有RH=4𝐵故B=4𝑅𝐻将B的数值代入其中，得B=11.097×105𝑐𝑚−1=3.646×105cm-1=3.646×105pm6-2根据里德堡公式求算，氢原子核外电子由n2=3能级跃迁至n1=1能级时放出的波数和以pm为单位的波长解:里德堡公式σ=RH（1𝑛12−1𝑛22）σ=1.097×λcm-1(112-132)=9.75×λcm-1λ=1𝜎=19.75×104𝑐𝑚−1=1.03×10-5cm=1.03×105pm6-3钠的特征黄光波长为588nm，求这种光的频率及光子的能量。解：光波的波长λ，频率υ和光速c只之间的关系为λ=𝑐υ将题设数据带入其中，得υ=3.00×108𝑚×𝑠−1588𝑛𝑚=5.10×1014S-1光子的能量E与频率的关系为E=hυ将数据带入其中，得E=6.626×10-34JS×5.10×1014S-1=3.38×10-19J6-4若核外某电子的动能为13.6eV，求该电子徳不罗意波的波长解：先将13.6eV转换成以J为单位的能量E=12mv2得v=√2×13.6×1.602×10−19𝐽9.11×10−31𝑘𝑔=2.19×106ms-1动量p=mv=9.11×10-31kg×2.19×106ms-1=2.00×10-24kgms-1λ=ℎ𝑝=6.626×10−34𝐽𝑠2.00×10−24𝑘𝑔𝑚𝑠−1=3.31×10-10mλ=3.31×102pm6-5用量子数n，l，m对原子核外n=4的所有可能的原子轨道分别进行描述。解：n=4，则l=0，1,2,3.L=0m=-1,0，+1L=2m=-2，-1,0，+1，+2L=3m=-3，-2，-1,0+1，+2,+3轨道数目：1+3+5+7=16这16个原子轨道可以用量子数分别描述如下Nlm1400241-1341044115422642-17420842194221043-31143-21243-1134301443115432164336-6用四个量子数n，l，m和ms。对原子核外n=3的所有电子进行分别描述解：n=3，则l=0,1,2L=0m=0L=1m=-1,0,+1L=2m=-2，-1,0，+1，+2轨道数目：1+3+5=9电子数：2×9=18这18个电子运动状态可以用量子数分别描述如下：Nlmms1300122300-12331-112431-1-125310126310-127311128311-12932-2121032-2-121132-1121232-1-12133201214320-12153211216321-12173221218322-126-7将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p轨道。所需能量是否相同？为什么？若是He原子情况又怎样？若是He+或Li+情况又怎么样？解：将氢原子核外电子从基态激发到2s或2p轨道，所需能量相同，原因是氢原子核外只有一个电子，这个电子仅受到原子核的作用，电子的能量只与主量子数有关，如下式所示E=-13.6×𝑍2𝑛2eV将He+或LI2+核外电子从激发态激发到2s或2p轨道，所需能量也相同，原因是这些氢原子核外只有一个电子，这个电子也仅仅收到原子核的作用，电子的能量只与主量子数有关，不涉及内层电子的引力，而且还要受到其他电子的斥力。He第一层有两个电子，其中一个电子除了受原子核对它的引力外，还受到两一个电子对它的排斥作用。这一电子的排斥作用可以考虑成对它核电荷的屏蔽效应，2s和2p轨道受到的屏蔽不同，故两者的能量也不相同，所以电子从基态激发到2s和2p轨道，所需能量6-8Cu原子形成+1价离子时失去的是4s电子还是3d电子？用Slater规则的计算结果加以说明。解：Cu原子的电子结构式是1s22s22p63s23p63d104s14s电子的σ4s=（0.85×18）+（1.00×10）=25.3E4s=-13.6×（29−25.3）242eV=-11.64eV3d电子的σ3d=（0.35×9）+（1.00×18）=21.15E3d=-13.6×（29−21.15）232eV=-93.12eV计算结果是E4sE3d，说明Cu原子失去4s轨道中的电子。6-9分别写出原子序数为24,41和78的元素名称、符号、电子结构式，并用四个量子数分别表示各价电子的运动状态。解：24铬Cr（chromium）[Ar]3d54s1各价电子nlmms3d532+2+1232+1+12320+1232-1+1232-2+124s1400+1241铌Nb（niobium）[Kr]4d45s1各价电子nlmms4d442+2+1242+1+12420+1242-1+125s1500+1278铂Pt（platinum）[Xe]4f145d96s1各价电子nlmms4f1443+3±1243+2±1243+1±12430±1243-1±1243-2±1243-3±125d952+2±1252+1±12520±1252-1±1252-2+126s1600+126-10已知离子M2+3d轨道中有5个电子试推出（1）M原子的核外电子排布；（2）M元素的米名称和元素符号；（3）M元素在周期表元素的位置。解：先列出具有3d5~7的元素及其电子构型：25号锰Mn[Ar]3d54s226号铁Fe[Ar]3d64s227号钴Co[Ar]3d74s2根据科盾原子轨道能级图，它们的E4sE3d，所以形成的M2+时，失去的是2个4s电子。由此可以得出结论（1）M原子的核外电子排布为[Ar]3d54s2结论（2）M元素是锰，气元素符号为Mn。[Ar]3d54s2中最高能级属于第四能级组，故M为第四周期元素。D电子未充满，属于d区副族元素，其族数等于最高能级组的电子总数，即（5+2）为7.由此可推出结论（3）元素周期表位于d区，第四周期、ⅦB族。6-11指出下列四个量子数表示的电子运动状态那些事错误的，并说明出现错误的原因。序号nlmms132-21224000331-1-12441-21252-10-126-21-1127331-12解：错误的有②④⑤⑥⑦②错在自旋量子数ms的取值没有0这个值④错在角量子数l=1时，磁量子数m不能去-2这个值。⑤错在角量子数不能为-1.⑥错在主量子数不能为-2⑦错在主量子数n=3时，角量子数不能取3这个值。6-12写出下列元素基态原子的电子结构式，并给出原子序数和元素名称;(1)第四个稀有气体；(2)第四周期的第六个过渡元素；(3)4p轨道半充满的元素；(4)电负性最大的元素；(5)4f轨道填充4个电子的元素；(6)第一个4d轨道全充满的元素。解：电子排布式原子序数元素名称（1）[Ar]3d104s24p636氪Kr（2）[Ar]3d104s24p626铁Fe（3）[Ar]3d64s233砷As（4）[Ar]2s22p59氟F（5）[Ar]4f46s260钕Nd（6）[Ar]4d1046钯Pd6-13写出下列离子的电子机构式，并给出化学式：（1）与Ar电子构型相同的+2价离子；（2）与F-电子构型相同的+3价离子（3）核中质子个数最少的3d轨道全充满+1价离子（4）与Kr电子构型相同的-1价离子。解：（1）1s22s22p63s23p6Ca2+(2)1s22s22p6Al3+(3)[Ar]3d10Cu+(4)[Ar]3d104s24p6Br–6-14某原子共有6个电子，其状态分别用四个量子数表示如下序号nlmms132-2122400-12320012440012521012631-112（1）用主量子数与角量子数的光谱学符号相结合的方式（例如2p，3s），表示每个电子所处的轨道；（2）将各个轨道按照能量由高到低的次序排列起来。解：（1）①3d②4s③2s④4s⑤2p⑥3p(2)该原子共有六个电子，这是激发态的碳原子，比照科顿原子轨道能级图各轨道能量由高到低的次序排列如下：4s，3d，3p，2p，2s6-15某元素在Kr之前，当它的原子失去3个电子后，其角量子数为2的轨道上的电子恰好是半满。推断该元素的名称，并给出其基态原子的电子构型。解：Kr的电子构型式为平[Ar]3d104s24p6角量子数为2的轨道是d轨道，d轨道5重简并，半充满是指具有d5结构。只有比[Ar]3d104s2电子数少的原子，其M3+离子才会改变3d电子的结构。失去2个4s电子和1个3d电子后具有3d5构型的原子，其电子结构中应有6个3d电子。因此钙元素的原子的电子构型为[Ar]3d104s2这是26好元素铁。6-16若四个量子数n，l，m，ms的取值及相互关系重新规定如下：N为正整数。对于给定的n值，l可以取下列n个值：L=0,1,2……（n-1）个值：对于给定的l值，m可以取下列（l+1）个值：M=0，+1，+2……+lms=±12据此可以得到新的元素周期表。试根据新的周期表回答下列问题：（1）第二、第四周期各有多少种元素？（2）P区元素共有多少列？（3）位于第三周期、最后一列的元素的原子序数是多少啊？（4）原周期表中电负性最大的元素，在新的周期表中位于第几周期、第几列？（5）新的周期表中第一个具有d电子的原子，在原周期表中位于第几周期、第几列？解：新规定的不同在于m的取值。当l=0时，m只有1个取值0:；L=1时，m有2个取值0，1；L=2时，m有3个取值0,1,2.这说明l=0的s轨道只有一个取向，简并度为1；L=1的p轨道有2个不同的取向，简并度为2；L=2的d轨道有3个不同取向的，简并度为3。于是可得新元素周期表HHeLiBeBCNOFNeNaMgAlSiPSCIArKCaScTIVCrMnFeS区元素d区元素p区元素根据新周期表回答问题如下：（1）第二周期有6种元素，第四周期有12种元素。（2）P区元素共有四列。（3）原周期表中电负性最大的元素是F，在新的周期表中位于第三周期，第1列。（4）新周期表中的第一个具有d电子的元素是CI，它在元周期表中位于第三周期、第17列