大学无机化学--------------------邱志国版

23．镧系收缩

镧系元素的原子半径依次更缓慢收缩的积累。其原因是这些元素新增加的

电子填入(n –2)f亚层, f电子对外层电子的屏蔽效应更大，外层电子受到核的引力增加的更小，而且镧系元素占据周期表中的一个格位。

思考题与习题解答

1. 下列说法是否正确？如不正确，请说明原因。

（1） 原子轨道是指原子核外电子出现概率最大的区域。

答：不正确。原子轨道是核外电子的一种可能的运动状态，不仅仅是指概率最大的区域。 （2）因为波函数有一定的物理意义，因此n、l、m三个量子数的取值有一定限制，只有满足一定关系的取值得到的函数才能描述电子的运动状态。

答：正确。

（3）因为p轨道是8字形的，所以处于该轨道的电子是沿着8字形的轨道运动。 答：错。电子运动没有固定轨迹，只有概率分布的规律，8字型是p轨道的角度分布图形。它只表示原子轨道在不同方向上的概率分布。例如YPX的图形为

，它说明px轨道在x轴的方向有极大值。

（4）波函数角度分布图中的正负号，是代表所带电荷的正负。 答：错。角度分布图中的正负号表示波函数角度部分的数值是正或负。 （5）因为第三周期只有8个元素，因此第三电子层最多可容纳8个电子。

答：不正确。第三周期只有8个元素，是因为电子填充3s23p6后就进入4s轨道（而不是进入3d轨道），其元素进入第四周期，当第四周期开始之后，电子即使开始进入3d轨道，其元素已经属于第四周期。例如21号元素钪（Sc）的核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d 14s2，它位于周期表的第四周期，第ⅢB族。

（6）所谓镧系收缩是指，镧系元素的原子半径随着原子序数的递增而逐渐减小的现象。 答：不确切。镧系收缩是指镧系元素的原子半径随原子序数的递增而更缓慢减小的现象。 （7）由于屏蔽效应和钻穿效应等因素的影响，4s轨道的能级总是低于3d的能级。 答：不正确。在某些原子中4s轨道的能量比3d的高（例如46号元素Pd）。

（8）对于多电子原子中的电子，其轨道运动状态仍可用ψnlm（rθφ）来描述，只是其波函数的具体形式不同，但其波函数的角度部分与氢原子是相同的。 答：正确。

（9）电子云密度大的地方，电子出现的概率也大。

答：不正确。虽概率与概率密度有关（概率密度为单位体积的概率），但是二者的概念不同。例如，1s原子轨道距核越近，其电子云密度越大，而1s原子轨道的径向分布函数图在玻尔半径（52.9pm）处概率最大。

2．写出下列各题中缺少的量子数。

45

大学无机化学--------------------邱志国版

（1）n=?，l=2，m=0，mS=+1/2 （2）n=2，l=？，m=–1，mS=–1/2

（3）n=4，l=3，m=0，mS=？（4）n=3，l=1，m=？，mS=+1/2 答：（1）n≥3，（2）l=1,（3）ms= +1/2 (–1/2)，（4）m=0, (+1, –1) 3．假设有下列各套量子数，指出哪几种不能存在。

（1）3，3，2，1/2 （2）3，1，–1，1/2 （3）2，2，2，2 （4）1，0，0，0 （5）2，–1，0，–1/2 （6）2，0，–2，1/2

答：仅（2）可以存在，其它均不能存在。

4．在下列电子构型中，哪一种属于基态？哪一种属于激发态？哪一种纯属错误构型？ （1）1s22s22p7（2） 1s22s22p63s23d1（3） 1s22s22p63s23p1（4） 1s22s22p53s1

答：（1）纯属错误构型；（2）和（4）为激发态；（3）为基态。

5．下列各元素原子的电子分布式写成下面形式，各自违背了什么原理，并写出改正的电子分布式（假设它们都处于基态）。 （1）硼（1s）2（2s）3

（2）氮（1s）2（2s）2（2pX）2（2py）1 （3）铍（1s）2（2p）2

答：（1）硼(ls)2(2s)3，违背保里不相容原理，应为(ls)2(2s)2(2p)1 （2）违背洪特规则，应为(ls)2(2s)2(2px)1(2py)1(2pz)1 （3）违背能量最低原理，应为(ls)2(2s)2

6．已知某元素在氪前，当此元素的原子失去3个电子后，它的角量子数为2的轨道内电子恰巧为半充满，试推断该元素的名称。

答：角量子数为2对应的是d轨道，半充满时有5个电子，该元素3价离子的核外电子排布式为[ 1s22s22p63s2 3p6 3d5 ]，可推断该元素是第26号元素 Fe [ 1s22s22p6 3s2 3p6 3d6 4s2 ]。

7．试讨论Se、Sb和Te三元素在下列性质方面的递变规律： （1）金属性；（2）电负性；（3）原子半径；（4）第一电离能。

答：由元素在周期表中的相对位置可以推断： （1）金属性Sb>Te>Se；（2）电负性Se>Te>Sb； （3）原子半径Sb>Te>Se；（4）第一电离能Se>Te>Sb。

8．设有元素A、B、C、D、E、G、L和M，试按下列所给予的条件，推断出它们的符号及在周期表中的位置（周期、族），并写出它们的外层电子构型。

（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为最大，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的单质为液态，E的单质为固体；

（3）G是所有元素中电负性最大的元素；

（4）L单质在常温下是气态，性质很稳定，是除氢以外最轻的气体；

46

大学无机化学--------------------邱志国版

（5）M为金属元素，它有四个电子层，它的最高化合价与氯的最高化合价相同。 答：（1）有三个电子层，半径最大是第三周期的前三个元素，

A：Na，IA族,3s1；B：Mg,IIA族,3s2；C：Al,IIIA族,3s23p1；

（2）由题意分析，D和E为VIIA元素，D室温液态为Br,第三周期，VIIA族,3s23p5；而E室温固态为碘（I）,第四周期,VIIA族,4s24p5。

（3）G：电负性最大是氟（F）,第二周,VIIA族,2s22p5。 （4）L：He,第一周期,零族,1s2。

（5）M：金属，第四周期，可显七价，只有锰（Mn）,VIIB族, 3d54s2。 9．填充下表

元素 甲 乙 丙

元素 甲 乙 丙 外层电子构型 3d14s2 3s23p5 3s23p3 未成对电子数 1 1 3 周期 四 三 三 族 IIIB VIIA VA 区 d p p 金属或非金属 金属 非金属 非金属 外层电子构型 3d14s2 未成对电子数 3 周期 三 三 族 VIIA 区 金属或非金属

10．今有A、B、C、D四种原子，已知 （1）它们最外层电子数相应为2、2、1、7；

（2）A、B、C、D四元素处于同一周期，此周期的稀有气体最外层电子构型为4s24p6； （3）A、C原子的次外层电子数均为8，B、D原子的次外层电子数均为18。

问：（1）A、B、C、D四元素所处周期？ （2）A、B、C、D四元素所处的族？ （3）A、B、C、D分别是什么元素？

答：

周期 族 元素名称

11．填空题

（1）氧的电离能稍低于氮，这是因为______________________________。 （2）副族元素都是金属，这是因为________________________________.。

47

A 四 IIA Ca B 四 IIB Zn C 四 IA K D 四 VIIA Br 大学无机化学--------------------邱志国版

（3）如果氢原子的一个电子处于ψ2Px1/2状态，则该电子处于第_______

电子层，_________亚层，________轨道，其波函数角度分布图为_______，电子云角度分布图的图形为________，电子云图的图形为_________，该电子离核的平均距离用_________图来描述，

该电子具有的能量为___________，自旋状态用__________来描述。

答：（1）氮为半充满，氧去掉一个电子达到半充满结构。

（2）副族元素的有效核电荷都较小，一般最外层最多只有2个电子。 （3）（氢）处于第二电子层，2p亚层，2px轨道，波函数角度分布图形为

；电子云角度分布图形为

电子云的图形为

该电子离核的平均距离用径向分布函数[D(r)]图来描述，该电子具有的能量为

12?1312E=－ = －328 kJ·mol–1；自旋状态+1/ 2来描述。 22

48