《物质结构简介》习题答案4-1 指出下列各电子结构式中，哪一种表示基态原子，哪一种表示激发态原子，哪一种表示是错误的？（1）1s22s1 （2）1s22s12d1（3）1s22s12p2（4）1s22s22p13s1 （5）1s22s42p2（6）1s22s22p63s23p63d1答：题给电子结构式中，表示基态原子的是：(1)，表示激发态原子的是：(3)(4)(6)，错误表示的是：(2)(5).知识点：l的取值范围(0,…,n-1)，电子排布三原理（能量最低、鲍利不相容原理和洪特规则）4-2 下列各组量子数中，哪组代表基态Al原子最易失去的电子？哪组代表Al原子最难失去的电子？（1）1,0,0,-1/2 （2）2,1,1,- 1/2 （3）3,0,0,+ 1/2（4）3,1,1,- 1/2 （5）2,0,0,+ 1/2答：最容易失去的电子是：(4)；最难失去的电子：(1)知识点：同第一题4-3 符合下列每一种情况的各是哪一元素？（1）最外层有6个p电子；（2）在n=4，l=0轨道上的两个电子和n=3，l=2轨道上的5个电子是价电子；（3）3d轨道全充满，4s轨道只有一个电子；（4）+3价离子的电子构型与氩原子实[Ar]相同；（5）在前六周期元素（稀有气体元素除外）中，原子半径最大；（6）在各周期中，第一电离能I1最高的一类元素；（7）电负性相差最大的两个元素；（8）+1价离子最外层有18个电子。
答：(1)除He以外的稀有气体元素（或：除He以外的第0族元素）；(2) 3d54s2, Mn元素；(3) 3d104s1, Cu元素；(4)[Ar]3d14s2，Sc元素；(5)Cs元素；(6)稀有气体元素（或：第0族元素）；(7)电负性最大的是F(Ne)，电负性最小的是Cs和Fr；(8)第一副族元素。
知识点：元素周期表；电离能不要求掌握。
易犯错误：①电负性变化规律（教材第119页），虽然不在教学范围，但是此部分内容的理解对后边课程的学习很重要，建议同学们仔细掌握；②稀有气体是第0或18族，不是第8主族；③电负性最大的元素不是Ne而是F。
4-4 指出下列各组中错误的量子数并写出正确的。
（1）3,0,-2,+1/2 （2）2,-1,0,-1/2 （3）1,0,0,0 （4）2,2,-1,-1/2 5）2,2,2,2答：(1)错误的量子数是m，因为m取值范围是[-l, +l]，因此，当l=0时，m只能为0；(2)错误的量子数为l，因为l取值为[0，n-1]，不能取负值，应该为0或者1；(3)错误的量子数为m s，这个量子数只能取值为±1/2；(4)错误的量子数为l，原因同上，l应该取值为1；(5)前三个量子数至少有一个是错误的，可以把n值改为大于2的自然数；m s取值错误，只能值为±1/2；4-5 指出下列各能级对应的n和l值，每一能级包含的轨道各有多少？（1）2p （2）4f （3）6s （4）5d答：每一能级包含的轨道数为2l+1，因此，答案如下表：4-6 写出下列各种情况的合理量子数。
（1）n=( ), l=2, m=0, m s=+1/2（2）n=3, l=( ), m=1, m s=-1/2（3）n=4, l=3, m=0, m s=( )（4）n=2, l=0, m=( ), m s=+1/2（5）n=1, l=( ), m=( ), m s=( )答：（1）大于2的任何自然数；（2）1或者2；（3）1/2或者-1/2；（4）0；（5）0，0，1/2或者-1/2。
知识点：量子数取值范围：n:自然数；l:[0,n-1]；m:[-l,+l]；m s: 1/2。
4-7 试将某一多电子原子中具有下列各套量子数的电子，按能量由低到高排序，若能量相同，则排在一起。
答：能量从低到高顺序为(5)<(3)<(6)<(1)=(4)<(2).知识点：①电子能量与量子数的关系：n+0.7l;②根据不同电子所在轨道的n和l值大小比较能级高低方法，先比较n，后比较l。
4-8 试用s,p,d,f符号来表示下列各元素原子的电子结构：（1）18Ar （2）26Fe （3）53I （4）47Ag答：(1)1s22s22p63s23p6；(2)[Ar]3d64s2；(3)[Kr]5s25p5；(4) [Kr]4d105s1。
知识点：原子电子排布式的书写方法4-9 已知四种元素的原子的价电子层结构分别为：（1）4s1（2）3s23p5（3）3d24s2（4）5d106s2，试指出：（1）它们在周期系中各处于哪一区？哪一周期？哪一族？（2）它们的最高正氧化态各是多少？（3）电负性的相对大小。
答：（1）四个元素的分别处于第四周期(n=4)IA族(1个价电子)s区(l=0)、第三周期(n=3)第七主族(7个价电子)p区(l=2)、第四周期(n=4)第四副族d区、第六周期(n=6)第二副族ds区；（2）最高氧化态分别为+1、+7、+4和+2。
（3）电负性从大到小分别为：2〉4〉3〉1。
知识点：周期表中周期、族、区的概念以及电负性的递变规律。
氧化态不要求掌握。
4-10 第五周期某元素，其原子失去2个电子，在l=2的轨道内电子全充满，试推断该元素的原子序数、电子结构，并指出位于周期表中哪一族？是什么元素？答：第五周期的元素，可知n=5；失去两个电子后，l=2的轨道全充满，可知4d轨道电子数为10，因此失去的两个电子应该为5s电子。
所以，该元素的电子结构应该为[Kr]4d105s2；处于元素周期表的第二副族；原子序数等于原子内的电子数，应为48，元素符号为Cd。
4-11 已知甲元素是第三周期p区元素，其最低氧化态为-1，乙元素是第四周期d区元素，其最高氧化态为+4。
试填下表：答：答案如题给表格，用斜体字表示。
知识点：氧化态与原子价电子层结构的关系，不要求掌握。
4-12 指出符合下列各特征元素的名称：（1）具有1s22s22p63s23p63d84s2电子层结构的元素；（2）碱金属族中原子半径最大的元素；（3）ⅡA族第一电离能最大的元素；（4）ⅦA族中具有最大电子亲和能的元素；（5）+2价离子具有[Ar]3d5结构的元素。
答：（1）Ni；（2）Cs；（3）Be；（4）Cl；（5）Mn。
知识点：电子结构式、元素物理性质在周期表中的变化。
(2)(3)(4)不要求掌握。
4-13 元素钛Ti的电子构型是[Ar]3d24s2，试问这22个电子（1）属于哪几个电子层？哪几个亚层？（2）填充了几个能级组的多少个能级？（3）占据着多少个原子轨道？（4）其中单电子轨道有几个？（5）价电子数有几个？答：(1)属于第1、第2、第3和第4电子层的1s、2s、2p、3s、3p、3d和4s亚层；(2)填充了四个能级组的7个能级；(3)占据了12个原子轨道；(4)其中单电子轨道2个；(5)价电子数4个。
知识点：电子层、亚层、能级组、能级、原子轨道的概念和电子结构排布方法。
4-14 有A、B两元素，A原子的M层和N层电子数分别比B原子同层电子数少7个或4个，写出A、B原子的名称和电子构型，并说明推理过程。
答：解法1：推理如下(1)因为A原子的N层电子数比B原子同层电子数少4个，因此，B原子的N层电子数大于等于4，因此B原子的M层应该是全充满的（否则N层电子数最多为2），即3d轨道填充了10个电子。
(2) 因为A原子的M层电子数比B原子同层电子数少7个，结合第一步的推理结果可知，A原子3d轨道填充了3个电子；进一步可知其4s轨道应该是全充满的，而4p轨道为空轨道。
所以，A 原子的电子结构应该为3d34s2. 原子名称为V。
(3)综合(1)和(2)的结果可知，B的N层应该填充6个电子，进一步可知N层应该是最外层。
因此其电子结构为：3d34s24p4，原子名称为Se。
注意：本题也可以通过在电子结构式中设未知数进而引入电子排布规则解方程求解。
这种用解方程的方式讨论问题的思路是好的，但是，解答过程中，部分同学忽略了对A、B原子最外层是哪一层的判断，因此直接在解题之初直接设定其电子结构式为3d x4s y，未经讨论就认定两种原子的最外层都是第四电子层是不正确的。
4-15 下列说法哪些正确？哪些不正确？（1）所有不同类原子间的键至少具有弱极性；（2）色散力不仅存在于非极性分子中；（3）原子形成共价键数目等于游离的气态原子的未成对电子数；（4）凡是含氢的化合物，其分子之间都能形成氢键。
答：(1)正确，不同类原子之间电负性不同，形成的化学键都有极性；(2)正确，所有的分子之间都包括色散力作用。
(3)错误，除了未成对电子外，成对电子也可以通过轨道杂化的形式参与成键。
(4)错误，形成氢键必须具备两个条件：一、与氢原子以共价键相连的原子必须是高电负性的原子；二、与氢原子形成氢键的那个原子必须是具有孤电子对的高电负性原子。
4-16 指出下列分子中存在的σ键和π键的数目：C2H2，PH3，CO2，N2，SiH4。
答：答案如下表：知识点：σ键和π键的形成本质以及单键、双键、三键中σ键和π键的数目。
4-17 预测下列各组物质熔点、沸点的高低，并说明理由。
（1）乙醇和二甲醚（2）甲醇、乙醇和丙醇（3）乙醇和丙三醇（4）HF和HCl答：(1)乙醇的熔沸点较高，因为乙醇能够形成氢键而二甲醚不能。
(2)丙醇的熔沸点最高，因为尽管三者都可以形成氢键，但是丙醇的分子质量最大，所以色散作用最强。
(3)丙三醇熔沸点较高，因为尽管二者都可以形成氢键，但是丙三醇分子之间能够形成更多的氢键，而且分子质量较大，所以色散作用最强。
(4)HF的熔沸点较高，因为HF能够形成很强氢键而HCl形成的氢键较弱。
知识点：分子间作用力、氢键、与分子特征、物质的物理性质的关系；必须掌握。
4-18 指出下列各组化合物中，哪个化合物的价键极性最大？哪个最小？（1）NaCl MgCl2 AlCl3 SiCl4 PCl5（2）LIF NaF KF RbF（3）HF HCl HBr HI答：(1) NaCl中价键极性最大， PCl5价键极性最小。
(2) RbF和KF中价键极性最大， LiF价键极性最小。
(3) HF中价键极性最大， HI价键极性最小。
知识点：成键原子之间电负性差值越大，则价键极性越大。
4-19 下列分子中哪些有极性，哪些无极性？从分子构型加以说明。
（1）CS2 （2）BF3（3）NF3 （4）CHCl3 （5）SiH4（6）OF2答：(1) 直线性构型，无极性(2)平面三角形构型，无极性(3)三角锥构型，有极性(4)四面体构型，有极性(5)正四面体构型，无极性(6)“V”型结构，有极性。
知识点：判断分子极性是否存在关键看分子中正负电荷重心是否重合。