第七章元素与元素性质的周期性
【习题答案】
7.1指出下列各对元素中，谁的第1电离能更高？
（a）Li与Cs，（b）Li与F，（c）Cs与F，（d）F与I
解：（a）Li的第1电离能更高。
（b）F的第1电离能更高。
（c）F第1电离能更高。
（d）F的第1电离能更高。
7.2 指出下列各对元素中，谁的电子亲和能更高?
（a）C与F，（b）F与I，（c）Te与I
解：（a）F的电子亲和能更高。
（b）F的电子亲和能更高。
（c）I的电子亲和能更高。
7.3 按离子半径递增的顺序，排列下列两组离子：
（a）Y3＋、Ba2＋、Al3＋、Co3＋、Cs＋、La3＋、Ir3＋、Fe3＋
（b）Cl－、H－、I－、Te2－、Ar＋
解：在配位数相同的情况下，（a）Co3＋< Fe3＋< Ir3＋< Al3+< Y3＋< La3＋< Ba2＋< Cs＋。
（b）H－< Cl－< I－< Te2－< Ar＋。
7.4 试说明下列原子基态电子构型“不规则”的原因：Cr：[Ar]3d54s1；Pd：[Kr]4d10。
解：Cr：[Ar]3d54s1，4s轨道与3d轨道均为半满，半充满结构。
Pd：[Kr]4d10，4d轨道为全满，亚层轨道全充满结构。
7.5 写出下列元素原子的基态电子构型（示例，F：[He]2p52s2）
Re、La、Cr、Fe、Cu、Ta、Po、Gd、Lu
解：Re：[Xe]4f145d56s2；La：[Xe]5d16s2；Cr：[Ar]3d54s1；Fe：[Ar]3d64s2；Cu：[Ar]3d104s1；
Ta：[Xe]5d36s2；Po：[Xe]6s26p4；Gd：[Xe]4f75d16s2；Lu：[Xe]4f145d16s2
7.6 写出下列离子的基态电子构型（示例，F－：[He]2s22p6），并指出它们的未成对电子数：K＋、Ti3＋、Cr3＋、Fe2＋、Cu2＋、Sb3＋、Sn4＋、Ce4＋、Eu2＋、Lu3＋
解：K+：[Ar]，0；Ti3＋：[Ar]3d1，1；Cr3＋：[Ar]3d3，3；Fe2＋：[Ar]3d6，4；Cu2＋：[Ar]3d9，1；Sb3＋：[Kr]5s2，0；Sn4＋：[Kr]，0；Ce4＋：[Xe]，0；Eu2＋：[Xe]4f 7，7；Lu3＋：[Xe]4f 14，0。
7.7 为什么＋4氧化态的铅的氧化性比＋4氧化态的锡强很多？
解：因为惰性电子对效应使铅保留6s2电子的趋势比上一周期的锡强很多。
7.8 指出In、Sn、Se和Te的最常见的两种氧化态。
解：In：＋1、＋3；Sn：＋2、＋4；Se：＋4、＋6；Te：＋4、＋6
7.9 四氯化碳跟水不反应，但三氯化硼在潮湿的空气中容易水解，为什么？
解：四氯化碳很稳定，与水不反应，BCl3为缺电子化合物，为路易斯酸，所以在潮湿的空气中容易水解。
7.10 举例说明镧系收缩对于第6周期过渡元素性质有何影响？
解：镧系收缩使第6周期过渡元素的原子半径和离子半径与同族的第5周期元素的原子半径相近，因此同族元素的晶格能、溶剂化能、配合物形成常数等接近。
例如Zr和Hf、Nb 和Ta在自然界矿物中共生，且难于分离。
7.11 第4、第6周期元素性质变化有哪些“反常性”？
解：Ga的金属性不如Al，Ga（OH）3的酸性比Al（OH）3强；砷、硒和溴的最高氧化态不稳定；PCl5和SbCl5稳定存在，但是AsCl5最近才制得，而AsBr5和AsI5是否能存在至今仍不知道。
Tl＋、Sn2＋、Bi3＋比上一周期元素的相应氧化态物种稳定，而Tl3＋、Sn4＋、PbO2、NaBiO3表现出强氧化性。
7.12 何谓惰性电子对效应？举例说明对p区重元素化学性质有何影响？
解：p区第6周期元素容易形成只失去p电子而保留s电子的化合物，因此6s2电子称为惰性电子对，这一现象称为惰性电子对效应。
其直接结果之一是同主族元素自上而下低氧化态趋于稳定。
例如，Tl＋比In＋稳定、Pb2＋比Sn2＋稳定、Bi3＋比Sb3＋稳定。
7.13 何谓对角线关系？试举3对例子说明之。
解：第2周期元素在性质上与第3周期斜下方对角线上的元素相似，这一现象称作对角线关系。
例如Li与Mg相似；Be与Al相似；B与Si相似。
7.14 何谓交换能？试举一例说明它对原子电子结构的影响。
解：1对自旋平行的电子为了自旋配对，其中1个电子的自旋方向需要转变为相反方向，该过程所需的能量叫做交换能。
例如交换能效应使Cr原子的基态电子构型为[Ar]3d54s1而不是[Ar]3d44s2。
7.15 解释第3周期元素下列每种性质的递变规律：
（a）电离能，（b）电子亲和能，（c）电负性
解：（a）除Mg、S外，第3周期元素从Na到Ar第一电离能逐渐增大。
其原因是从左到右原子半径逐渐减小，原子有效核电荷Z eff逐渐增大。
Mg的第一电离能比两侧元素的都高，因为破坏3s2全满结构需要较多能量。
S的第一电离能比两侧元素的都低，因为其失去1个电子后得到稳定的3s23p3结构。
（b）第3周期元素大体上从左到右电子亲和能增大，原因是从左到右原子有效核电荷Z eff逐渐增大。
但Mg和Ar的电子亲和能为负值，这可以用它们分别具有全满3s2和3s23p6价电子构型，因而增加1个电子需要吸收能量来解释。
（c）第3周期元素从Na到Ar电负性逐渐增大，原因是从Na到Ar原子半径逐渐减小，原子有效核电荷Z eff逐渐增大。
7.16 对Nb和Ta这两个第5族元素具有相同金属半径这一事实作解释。
解：镧系收缩使Ta的金属半径变小，结果金属半径与同族上一周期的Nb相同。
7.17 第4周期部分元素的第二电离能（eV）如下：
Ca Sc Ti V Cr Mn
11.87 12.80 13.58 14.15 16.50 15.64
试确定它们分别对应于哪个轨道上电子的电离并解释上述数值的变化趋势。
解：元素Ca Sc Ti V Cr Mn
原子价电子构型：4s2 3d14s23d24s23d34s23d54s1 3d54s2
第二电离过程
电子所处轨道：4s 4s 4s 4s 3d 4s 第二电离能从Ca到Mn逐渐增大，因为从Ca到Mn原子半径逐渐减小，原子有效核电荷Z eff 逐渐增大。
但Cr的第二电离能比两侧元素的都高，因为失去第2个价电子破坏稳定的半满3d5构型。
7.18 讨论第2周期自锂至氟电负性变化趋势，你能对该趋势与电离能变化趋势之间的差异做出解释吗？
解：电负性与第一电离能的总趋势都是逐渐增大，这可以用其原子有效核电荷Z eff逐渐增大来解释。
铍的第一电离能比两侧元素的大，因为其失去1个电子破还2s2稳定电子构型。
氧的第一电离能比两侧元素的小，因为其失去1个2p电子后，减少1个电子排斥能还达到2p3半充满构型。