习题解答（第一章 物质结构基础）
思考与习题
1．填空题
（1）原子核外电子运动具有波粒二象性、能量变化不连续的特征，其运动规律可用量子力学来描述。
（2）当主量子数为3时，包含有 3s 、 3p 、 3d 三个亚层，各亚层为分别包含 1 、 3 、 5 个轨道，分别能容纳 2 、 6 、 10 个电子。
（3）同时用n、l、m和ms四个量子数可表示原子核外某电子的 运动状态 ；用n、l、m三个量子数表示核外电子运动的一个 轨道 ；而n、l两个量子数确定原子轨道的 能级 。
（4）改错
原子 5B 16S 25Mn 29Cu 核外电子分布 1s2s3 221s22s22p63s23px3py 226261s2s2p3s3p3d7 1s22s22p63s23p63d94s2 2违背哪条原则 泡利不相容原理 洪德规则 能量最低原理 洪德规则特例 正确的电子分布式 1s22s22p1 2111s22s22p63s23px3py 3pz 22626521s2s2p3s3p3d4s 1s22s22p63s23p63d104s1 （5）基态多电子原子中，E3d＞E4S的现象称为 能级交错 。 （6）原子序数为35的元素，其基态原子的核外电子分布式为 1s22s22p63s23p63d104s24p5 ，用原子实表示为 [Ar]3d104s24p5 ，其价电子构型为 4s24p5 ，价电子构型的轨道表示式为
4s4p ；该元素位于元素周期表的第 ⅦA 族，第 四 周期，元素符号是 Br 。
（7）等价轨道处于 全充满 （p6、d10、f14）、 半充满 （p3、d5、f7）和 全空 （p0、d0、f0）状态时，具有较低的能量，比较稳定。这一规律通常又称为 洪德规则 的特例。
（8）原子间通过 共用电子对 而形成的化学键，叫做共价键。共价键的本质是 原子轨道的重叠 ，其形成条件是两个具有 自旋相反单电子 的原子轨道，尽可能达到 最大重叠 。
（9）表征化学键性质的物理量，统称为 键参数 ，常用的有 键能 、 键长 、 键角 。 （10）H2S分子的构型为 V 形，中心原子S采取 sp3不等性 杂化，键角∠HSH ＜ 109°28′(提示：填写＞，＝或＜)。
（11）完成下表
物质 C2H2 PH3 CH3Cl BCl3 作用力 取向力 诱导力 色散力 氢键 杂化方式 sp 3sp不等性 sp3 sp3 I2和CCl4 HCl和H2O 空间构型 直线 三角锥形 四面体 正三角形 NH3和H2O 分子的极性 非极性 极性 极性 非极性 N2和H2O （12）填表（用“√”或“×”表示有或无） × × √ × √ √ √ × √ √ √ √ √ √ × 1
2．选择题
（1）下列原子轨道中，属于等价轨道的一组是（ C ）。
A．2s，3s B．2px，3px C．2px ，2py D．3dxy，4dxy （2）下列用一套量子数表示的电子运动状态中，能量最高的是（ B ）。 11A．4，1，－1，－ B．4，2，0，－
2211
C．4，0，0，＋ D．3，1，1，＋
22（3）下列不存在的能级是（ C ）。
A．3s B．2p C．3f D．4d
（4）根据元素在元素周期表中的位置，指出下列化合物中，化学键极性最大的是（ B ）。 A．H2S B．H2O C．NH3 D．CH4
（5）根据元素在元素周期表中的位置，指出下列同浓度溶液中，酸性最强的是（ B ）。 A．H2SO4 B．HClO4 C．H3PO4 D．HBrO4 （6）下列各键中，不具有饱和性和方向性特征的是（ C ）。
A．配位键 B．共价键 C．离子键 D．氢键 （7）下列化合物中，具有强极性共价键和配位键的离子化合物为
A．NaOH B．H2O C．NH4Cl D．MgCl2 （8）下列关于CS2分子的杂化方式和空间构型的叙述中，正确的是（ D ）。 A．平面三角形，sp2杂化 B．V形，sp2杂化 C．三角锥形，sp3不等性杂化 D．直线形，sp杂化 （9）下列分子中，偶极矩为零是（ C ）。
A．CHCl3 B．NF3 C．BF3 D．HCN （10）下列分子中，属于极性分子的是（ D ）。
A．O2 B．CO2 C．BBr3 D．CHCl3 （11）下列各组物质沸点比较正确的是（ A ）。 A．CH3OH＜CH3CH2OH B．H2O＜H2S C．SiH4＜CH4 D．F2＞Cl2 （12）下列晶体中，只需克服色散力就能熔化的是（ B ）。 A．HF B．I2 C．NH3 D．HCl 3．判断题（正确的划“√”，错误的划“×”）
（1）原子中电子的能量只与主量子数有关。 （ × ） （2）磁量子数为零的轨道都是s轨道。 （ × ） （3）主量子数为1时，有两个自旋方向相反的轨道。 （ × ）
2
（4）当原子获得能量时，核外电子可以跃迁到较高的能级，使原子由基态变为激发态，因此3Li原子的核外电子分布可以是1s22d1。 （ × ）
（5）同一原子中，不可能有运动状态完全相同的电子存在。 （ √ ） （6）每个原子轨道必须同时用n、l、m和ms四个量子数来描述。 （ × ） （7）基态多电子原子中，E3d＞E4S的现象称为洪德规则的特例。 （ × ） （8）28Ni2+的核外电子分布是［Ar］3d8，而不是［Ar］3d64s2 （ √ ） （9）根据元素在周期表中的位置，可以断定气态氢化物的稳定性PH3＜H2O。 （ √ ） （10）由于离子键具有无饱和性，无方向性的特征，所以阴、阳离子周围吸引带相反电荷离子的数目是任意的。 （ × ）
（11）从本质上讲，共价键是通过原子轨道重叠而形成的化学键。 （ √ ） （12）共价键不一定都具有饱和性和方向性。 （ √ ） （13）s电子之间形成的共价键为σ键， p电子之间形成的化学键为π键。 （ × ） （14）原子轨道重叠越多，形成的共价键越稳定。 （ × ） （15）多原子分子中，键的极性越强，分子的极性越强。 （ × ） （16）按共用电子对偏移程度可将共价键分为极性健和非极性健，而极性强弱可由成键两原子的电负性之差来判断。 （ √ ）
（17）由于CHCl3分子中，C原子采取sp3杂化，所以其空间构型为正四面体。 （ × ） （18）只有非极性分子和极性分子之间才有诱导力。 （ × ） （19）CCl4的熔点、沸点低，所以分子不稳定。 （ × ） （20）HNO3 可形成分子内氢键，因此其熔、沸点较低。 （ √ ） 4．简答题
（1）为什么2p亚层，又可称为2p能级？
答 原子核外电子的能量仅取决于主量子数（n）和角量子数（l）。若n、l值一经确定，电子的能量就已被确定，即各电子层的不同亚层，都有一个对应的能量状态，它们高低不同，像台阶一样，称之为能级。因此，2s、2p、3d等亚层，又分别称为2s、2p、3d能级。
（2）当主量子数是4时，请指出包含的亚层和各亚层的轨道数，并归纳轨道总数及所能容纳的电子总数与主量子数的关系。
答 当主量子数是4时，包含4s、4p、4d、4f四个亚层，各亚层的轨道数分别为1、3、5、7，共包含16个轨道，为42，即轨道总数是n2；由于每个轨道最多能容纳两个自旋方向相反的电子，因此该电子层所能容纳的电子总数为32，为2×42，即所能容纳的电子总数为2n2。
（3）举例说明什么是价电子构型？
答 原子中能参与化学反应，即形成化学键的电子，称为价电子。价电子的电子分布称为价电子构型。例如，Cl的价电子构型为3s23p5。
3
（4）总结元素周期表中，同周期从左至右，同族从上到下，主族元素的有效核电荷数、原子半径、电离能、电负性、氧化数、元素的金属性与非金属性等基本性质的变化规律。
答 同周期从左至右，主族元素Z*↑，r↓，I1↑，X↑；最高氧化数=族序数，负氧化数=│8－最高氧化数│；金属性减弱，非金属性增强。同主族从上到下，元素的Z*↑，r↑，I1↓，X↓；金属性增强，非金属性减弱。
（5）共价键有哪些特征？请举例说明之。
答 共价键有饱和性和方向性的特征。例如，H原子仅有一个单电子，根据电子配对原理，当其与另一个具有自旋方向相反H原子配对成键后，就不能再与其它原子配对成键了，这就是共价键的饱和性；而形成H—Cl键时， H原子的1s轨道只有沿x轴正方向与Cl原子的3px轨道进行同号重叠，才能达到最大有效重叠，这就是共价键的方向性。
（6）指出配位键的形成条件及其表示方法。
答 形成配位键需具备两个条件：提供共用电子对的原子（称为电子的给予体）其价电子层有孤对电子；接受共用电子对的原子（称为电子的接受体）其价电子层有空轨道。配位键用“→”表示，箭头指向接受电子对的原子。 （7）说明共价键的两种断裂方式，并指出断裂后的产物。
答 共价键的断裂方式有均裂和异裂两种。若共价键断裂后，组成该键的共用电子对由两个成键原子各留一个，则称为均裂。相反，如果共用电子对归一个原子所有，则这种断裂称为异裂。均裂过程产生自由基；异裂过程产生了阴、阳离子。
（8）为什么组成、结构相似的分子，通常熔、沸点会随相对分子质量的增大而升高？ 答 色散力士主要的分子间力，由于组成、结构相似的分子随相对分子质量的增大，分子的变形性增大，色散力增大，因此其熔、沸点会随之升高。 （9）为什么I2易溶于CCl4，而难溶于水？
答 I2、CCl4都是非极性分子，而H2O是极性分子，根据“相似相溶”规律，I2与CCl4易于相互溶解；而I2与H2O则难于相互溶解。
（10）氢键的形成过程如何示意？其形成条件是什么？为什么CH4、HCl均不能形成氢键？
答 氢键的形成可示意为X－H?Y，其中X、Y可以相同，也可以不同。形成氢键的条件是：X、Y电负性大，原子半径小；X－H为强极性键，Y带有部分负电荷，具有吸引H原子核的能力。
C的电负性比较小，即C—H键中C原子所带部分负电荷较少，吸引H原子核的能力较弱，因此CH4不能形成氢键；虽然Cl的电负性较大，但其原子半径较大，难以与H原子核形成较强的静电引力，因此HCl也不能形成氢键。
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