鲁科版化学必修二第一章第一节原子结构周练卷
原子结构周练
2011.03.21
班级＿＿＿＿姓名＿＿＿＿座号＿＿＿＿成绩＿＿＿＿
1. 最近医学界通过用放射性14C标记的C
60，发现一种C
60
的羧酸衍生物在特定条
件下可通过断裂DNA杀死细胞，从而抑制艾滋病，则有关14C的叙述正确的是
（）
A.与14N 含有的中子数相同
B.是C
60
的同素异形体
C.与C
60
中普通碳原子的化学性质不同 D.与12C互为同位素
2．质量数为37的原子，应该有（）。
A．18个质子，19中子，19电子B．18个质于，20个中于，18个电子C．19个质子，18个中子，20个电子D．18个质子，19个中于，18个电子3．与元素的化学性质关系最密切的是（）。
A．质子数B．中子数C．核电荷数D．最外层电子数
4．下列原子结构示意图中,正确的是:（）
5. 某元素原子核外L层电子数是其它层电子数之和的2倍，则该元素的核电荷数为：（）
A.7
B.8
C.12
D.16
6. 下列微粒中，与Ar原子具有相同的核外电子排布的微粒是（）
A.F－
B.Mg2＋
C. Cl-
D. Na+
7. 核电荷数为1～18的元素中，下列叙述正确的是( )
A.最外层只有1个电子的元素一定是金属元素
B.最外层只有2个电子的元素一定是金属元素
C.最外层电子数多于4个的元素一定是非金属元素
D.核电荷数为17的元素的原子易获得1个电子
8．取两份等量的铝粉，分别与足量的盐酸、浓氢氧化钠溶液反应，在相同状态下产生的气体体积之比是（）
A．1：1 B．1：2 C．1：3 D．3：2
9能证明硅酸的酸性弱于碳酸酸性的实验事实是( )
A.CO2溶于水形成碳酸，SiO2难溶于水
B.CO2通入可溶性硅酸盐中析出硅酸沉淀
A. B. C.D.
C.高温下SiO2与碳酸盐反应生成CO2
D.氯化氢通入可溶性碳酸盐溶液中放出气体，通入可溶性硅酸盐溶液中生成沉淀
10．一定条件下硝酸铵受热分解的化学方程式为：5NH
4NO
3
＝2HNO
3
＋4N
2
＋9H
2
O，在
反应中被氧化与被还原的氮原子数之比为（）
A．5∶3 B．5∶4 C．1∶1 D．3∶5
二：填空题：
11．A元素原子第三层电子层上有6个电子。B元素与A元素的原子核外电子层数相同，B元素的原子最外电子层只有1个电子。
（1）A元素的原子结构示意图为________________。
（2）A、B两元素形成的化合物的名称是________，化学式为。12．已知：A、B、C、D四种元素的质子数都小于18，它们的核电荷数A A__________；B__________；C__________；D__________。 三：推断题. 13. A、B、C、D、E五种物质均含有同一种元素，根据下面反应关系，按要求填空： ⑴若C能使品红褪色 填化学式： C 、D 、E 。 写出反应的化学方程式④。 ⑵若D为红棕色气体 填化学式： B 、C 。 写出反应的化学方程式 ② ③ 答案： （每空四分） 选择题：DDDBC CDAB Ａ 11．（1）略 （2）硫化钠 Na 2S 12．C O Si Cl 13.（11分）⑴C 、SO 2 D 、SO 3 E 、H 2SO 4 ④2SO 2＋O 2 2 SO 3 ⑵B 、NH 3 C 、NO ② N 2+3H 2 2NH 3 ③ 4NH 3+5O 2 4NO+6H 2O 高温 温 催化剂 催化剂 高温高压 催化剂 高温 替补 9、下列各组溶液中只用试管和胶头滴管，不用任何试剂就可以鉴别的是（） A. KOH和Al2（SO4）3 B. 稀盐酸和NaHCO3 C. CaCl2 和Na2CO3 D. B a（O H）2和NaHSO4 13 、将盛有12 mol 的NO 和O2混合气体的量筒倒立于水槽中，充分反应后，还剩余2mL无色气体，则原混合气体中O2 的体积是（） A. 1.2mL B. 2.4mL C. 3.6ml D. 4ml 02 原子的结构和性质 【2.1】氢原子光谱可见波段相邻4条谱线的波长分别为656.47、486.27、434.17和410.29nm ，试通过数学处理将谱线的波数归纳成为下式表示，并求出常数R 及整数n 1、n 2的数值。 2212 11 ( )R n n ν=-% 解：将各波长换算成波数： 1656.47nm λ= 1115233v cm - -= 2486.27nm λ= 1220565v cm - -= 3434.17nm λ= 1323032v cm - -= 4410.29nm λ= 1424373v cm - -= 由于这些谱线相邻，可令1n m =，21,2,n m m =++……。列出下列4式： ()2 2152331R R m m = - + ()22205652R R m m =- + ()2 2230323R R m m = - + ()2 2243734R R m m =- + (1)÷(2)得： ()()()2 3212152330.7407252056541m m m ++==+ 用尝试法得m=2（任意两式计算，结果皆同）。将m=2带入上列4式中任意一式，得： 1109678R cm -= 因而，氢原子可见光谱（Balmer 线系）各谱线的波数可归纳为下式： 221211v R n n - ??=- ? ?? 式中， 1 12109678,2,3,4,5,6R cm n n -===。 【2.2】按Bohr 模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径（分别用原子的折合质量和电子的质量计算并精确到5位有效数字）和线速度。 解：根据Bohr 提出的氢原子结构模型，当电子稳定地绕核做圆周运动时，其向心力与核和电子间的库仑引力大小相等，即： 1.1原子结构练习题 一、单选题 1．某基态原子第四电子层只有2个电子，该原子的第三电子层电子数可能有 A．8 B．18 C．8～18 D．18～32 2．在多电子原子中，轨道能量是由以下哪些因素决定 ①电子层②电子亚层③电子云的伸展方向④电子自旋状态 A．①②B．①④C．②③D．③④ 3．下列状态的铝元素中，电离最外层的一个电子所需能量最小的是 A． [Ne]B． [Ne]C．[Ne] D． [Ne] 4．下列有关多电子原子的叙述中正确的是（） A．在一个多电子原子中，不可能有两个运动状态完全相同的电子 B．在一个多电子原子中，不可能有两个能量相同的电子 C．在一个多电子原子中，N层上的电子能量肯定比M层上的电子能量高 D．某个多电子原子的3p轨道上仅有两个电子，它们的自旋状态必须相反 5．下列化学用语表示的某些原子结构中，对核外电子能量描述最详尽的是（）A．Be B．C．1s22s22p4D．11Na 6．若某元素原子处于能量最低状态时，价电子排布式为3d14s2，则下列说法正确的是( ) A．该元素原子处于能量最低状态时，原子中共有3个未成对电子 B．该元素原子最外层有3个电子 C．该元素原子的M层共有8个电子 D．该元素原子核外共有4个电子层 7．某元素基态原子3d轨道上有10个电子，则该基态原子价电子排布不可能是 A．3d104s1B．3d104s2C．3s23p6D．4s24p2 8．下列有关核外电子排布式或轨道表示式不正确的是（） A．24Cr的电子排布式：1s22s22p63s23p63d54s1 B．K的原子实电子排布式：[Ar]4s1 C．N原子的轨道表示式为 D．S原子的轨道表示式为 二、多选题 原子结构、化学键、分子结构习题 1．判断下列叙述是否正确 （1）电子具有波粒二象性，故每个电子都既是粒子又是波。 （2）电子的波动性是大量电子运动表现出的统计性规律的结果。 （3）波函数ψ，即电子波的振幅。 （4）波函数Ψ，即原子轨道，是描述电子空间运动状态的数学函数式。 （1）?（2）√（3）?（4）√ 2. 用原子轨道光谱学符号表示下列各套量子数： (1) n =2, l = 1, m = –1 (2) n =4, l = 0, m =0 (3) n =5, l = 2, m =0 2 （1）2p (2) 4s (3) 5d 3. 假定有下列电子的各套量子数，指出哪几套不可能存在，并说明原因。 (1) 3,2,2,1/2 (2) 3,0,–1,1/2 (3) 2, 2, 2, 2 (4) 1, 0, 0, 0, (5) 2,–1,0, –2/1 (6) 2,0,–2,1/2 3. （1）存在，为3d 的一条轨道； (2) 当l=0时，m只能为0，或当m=±1时，l可以为2或1。 (3) 当l=2时，n应为≥3正整数，m s=+1/2或-1/2； 或n=2时l=0 m=0 m s=+1/2或-1/2； l=1 m=0或±1，m s=+1/2或-1/2; （4）m s=1/2或–1/2 ； （5）l不可能有负值； （6）当l=0时，m只能为0 4．指出下列各电子结构中，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)1s22s2(2) 1s22s12d1(3) 1s22s12p2 (4) 1s22s22p13s1(5) 1s22s42p2(6) 1s22s22p63s23p63d1 原子结构与性质 一 原子结构 1、原子的构成 中子N （核素） 原子核 近似相对原子质量 质子Z → 元素符号 原子结构 决定原子呈电中性 电子数（Z 个） 体积小，运动速率高（近光速），无固定轨道 核外电子 运动特征 电子云（比喻） 小黑点的意义、小黑点密度的意义。 排布规律 → 电子层数 周期序数及原子半径 表示方法 → 原子（离子）的电子式、原子结构示意图 2、三个基本关系 （1）数量关系：质子数 = 核电荷数 = 核外电子数（原子中） （2）电性关系： ①原子中：质子数=核电荷数=核外电子数 ②阳离子中：质子数>核外电子数 或 质子数=核外电子数+电荷数 ③阴离子中：质子数<核外电子数 或 质子数=核外电子数-电荷数 （3）质量关系：质量数 = 质子数 + 中子数 二 原子核外电子排布规律 决定 X) (A Z 三相对原子质量 定义：以12C原子质量的1/12（约1.66×10-27kg）作为标准，其它原子的质量跟它比较所得的值。其国际单位制（SI）单位为1，符号为1（单位1一般不写） 原子质量：指原子的真实质量，也称绝对质量，是通过精密的实验测得的。 如：一个氯原子的m(35Cl)=5.81×10-26kg。 核素的相对原子质量：各核素的质量与12C的质量的1/12的比值。一种元素有几种同位素，就应 有几种不同的核素的相对原子质量， 相对诸量如35Cl为34.969,37Cl为36.966。 原子比较核素的近似相对原子质量：是对核素的相对原子质量取近似整数值，数值上与该质量 核素的质量数相等。如：35Cl为35,37Cl为37。 元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原子所占的原子个数百分比算出的平均值。如： Ar(Cl)=Ar(35Cl)×a% + Ar(37Cl)×b% 元素的近似相对原子质量：用元素同位素的质量数代替同位素相对原子质量与其原子个数百分比 的乘积之和。 注意①、核素相对原子质量不是元素的相对原子质量。 ②、通常可以用元素近似相对原子质量代替元素相对原子质量进行必要的计算。 四微粒半径的大小比较和10电子、18电子微粒 1．原子半径和离子半径 1.电子层数相同时（同周期元素），随原子序数递增，原子半径减小 例：Na＞Mg＞Al＞Si＞P＞S＞Cl 2.最外层电子数相同时（同主族元素），随电子层数递增原子半径增大。 例：Li＜Na＜K＜Rb＜Cs （1）分子：Ne、CH4、NH3、H2O、HF ； （2）离子：Na+、Mg2+、Al3+、NH4+、NH2-、H3O+、OH-、O2-、F-。 3．18电子的微粒：2．（1） （1）分子：Ar、SiH4、PH3、H2S、HCl、CH3CH3、N2H4、H2O2、F2、CH3OH、CH3F 等； （2）离子：S2-、Cl-、K+、Ca2+、HS-。 计算题 ( 附答案 ) 1. 5 分 用透射电子显微镜摄取某化合物的选区电子衍射图，加速电压为200？kV ，计算电子加速后运动时的波长。 2. 10 分 限制在一个平面中运动的两个质量分别为m 1和m 2的质点 ， 用长为R 的、没有质量的棒连接着， 构成一个刚性转子。 (1) 建立此转子的Schr?dinger 方程， 并求能量的本征值和归一化的本征函数； (2) 求该转子基态的角动量平均值。 已知角动量算符 M ?=M ?z =-i π2h φ ??。 3. 10 分 分子CH 2CHCHCHCHCHCHCH 2中的π电子可视为在长为8R c-c 的一维势箱中运动的自由粒子。分子的最低激发能是多少？它从白色光中吸收什么颜色的光；它在白光中显 示什么颜色？ (已知 R c-c=140 pm) 4. 10 分 试证明三维势箱中粒子的平均位置为(a /2， b /2， c /2)。 5. 10 分 ①丁二烯 和②维生素A 分别为无色和橘黄色，如何用自由电子模型定性解释。 ① ② 已知丁二烯碳碳键长为1.35310-10？nm(平均值)，维生素A 中共轭体系的总长度为1.05？nm(实验值)。 6. 10 分 已知 Li 2+ 的 1s 波函数为 03130s 1e 27a r -α??????π=ψ (1)计算 1s 电子径向分布函数最大值离核的距离； (2)计算 1s 电子离核平均距离； (3)计算 1s 电子概率密度最大处离核的距离。 （10!d e +∞ -=?n ax n a n x x ） 7. 10 分 已知类氢离子 sp 3杂化轨道的一个波函数为： x p s 3sp 2 321φφψ+= 求这个状态的角动量平均值的大小。 第一章原子结构与性质 一.原子结构 1、能级与能层 电子云：用小黑点的疏密来描述电子在原子核外空间出现的机会大小所得的图形叫电子云图.离核越近，电子出现的机会大，电子云密度越大；离核越远，电子出现的机会小，电子云密度越小. 电子层（能层）：根据电子的能量差异和主要运动区域的不同，核外电子分别处于不同的电子层.原子由里向外对应的电子层符号分别为K、L、M、N、O、P、Q. 原子轨道（能级即亚层）：处于同一电子层的原子核外电子，也可以在不同类型的原子轨道上运动，分别用s、p、d、f表示不同形状的轨道，s轨道呈球形、p轨道呈哑铃形 2、原子轨道 3、原子核外电子排布规律 （1）构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按下图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。 原子核外电子的运动特征可以用电子层、原子轨道(亚层)和自旋方向来进行描述. 能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s轨道，后进入3d轨道，这种现象叫能级交错。 （2）能量最低原理：电子先占据能量低的轨道，再依次进入能量高的轨道. （3）泡利（不相容）原理：一个轨道里最多只能容纳两个电子，且自旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利原理。 （4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特规则。比如，p3的轨道式为，而不是。 洪特规则特例：在等价轨道的全充满（p6、d10、f14）、半充满（p3、d5、f7）、全空时(p0、d0、f0)的状态，具有较低的能量和较大的稳定性.如24Cr [Ar]3d54s1、29Cu [Ar]3d104s1。 前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4、基态原子核外电子排布的表示方法 （1）电子排布式 ①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K：1s22s22p63s23p64s1。 ②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以相应稀有气体的元素符号外加方括号表示，例如K：[Ar]4s1。 （2）电子排布图(轨道表示式) 每个方框或圆圈代表一个原子轨道，每个箭头代表一个电子。 如基态硫原子的轨道表示式为 二、原子结构与元素周期表 ↑↓↑ ↑↑↑ 第5章 第1讲原子结构、化学键 李仕才 考纲要求 1.了解元素、核素和同位素的含义。2.了解原子的构成，了解原子序数、核电荷数、质子数、中子数、核外电子数以及它们之间的相互关系。3.了解原子核外电子排布规律，掌握原子结构示意图的表示方法。4.了解化学键的定义，了解离子键、共价键的形成。 5.了解相对原子质量、相对分子质量的定义，并能进行有关计算。 考点一 原子结构、核素 1．原子构成 (1)构成原子的微粒及作用 原子(A z X)??? 原子核????? 质子(Z 个)——决定元素的种类中子[(A －Z )个] 在质子数确定后决定原子种类同位素核外电子(Z 个)——最外层电子数决定元素的化学性质 (2)微粒之间的关系 ①原子中：质子数(Z )＝核电荷数＝核外电子数； ②质量数(A )＝质子数(Z )＋中子数(N )； ③阳离子的核外电子数＝质子数－阳离子所带的电荷数； ④阴离子的核外电子数＝质子数＋阴离子所带的电荷数。 (3)微粒符号周围数字的含义 (4)两种相对原子质量 ①原子(即核素)的相对原子质量：一个原子(即核素)的质量与12C质量的1 12 的比值。一种元素有几种同位素，就有几种不同核素的相对原子质量。 ②元素的相对原子质量：是按该元素各种天然同位素原子所占的原子百分比算出的平均值。如：A r(Cl)＝A r(35Cl)×a%＋A r(37Cl)×b%。 2．元素、核素、同位素 (1)元素、核素、同位素的关系 (2)同位素的特征 ①同一元素的各种核素的中子数不同，质子数相同，化学性质几乎完全相同，物理性质差异较大； ②同一元素的各种稳定核素在自然界中所占的原子百分数(丰度)不变。 (3)氢元素的三种核素 1 1H：名称为氕，不含中子； 2 1H：用字母D表示，名称为氘或重氢； 3 1H：用字母T表示，名称为氚或超重氢。 (4)几种重要核素的用途 (1)一种元素可以有多种核素，也可能只有一种核素，有多少种核素就有多少种原子(√) (2)不同的核素可能具有相同的质子数，也可能质子数、中子数、质量数均不相同(√) (3)核聚变如21H＋31H―→42He＋10n，因为有新微粒生成，所以该变化是化学变化(×) (4)中子数不同而质子数相同的微粒一定互为同位素(×) (5)通过化学变化可以实现16O与18O间的相互转化(×) (6)3517Cl与3717Cl得电子能力几乎相同(√) 最新整理高一化学教案原子结构教案知识目标： 1、认识原子核的结构 2、理解质量数和AZX的含义， 3、掌握质量数、质子数、中子数、电子数间的关系。能进行质量数、质子数、中子数、电子数间的简单计算 4、理解元素、核素、同位素的含义，会判断同位素 能力情感目标： 1、培养学生对数据的分析处理、概括总结能力 2、尝试运用比较、归纳等方法对信息进行加工 3、通过假说、模型等科学研究方法培养学生科学的学习方法和科学的学习态度 4、通过放射性同位素作用的自学和查阅，激发学生学习的热情 学习重点： 原子核的结构，构成原子的各微粒间的关系及同位素的判断 难点：原子核的结构及构成原子的各微粒间的关系 教法:模型展示、多媒体动画模拟、问题推进、对比归纳 学法:交流研讨、比较归纳、练习巩固 [引入]初中我们学习了原子结构的初步知识，原子由原子核和核外电子构成。那么原子核和核外电子在原子中的相对关系是怎样的呢？下面我们重温一下著名的卢瑟福实验。 [多媒体动画演示1]卢瑟福的α粒子散射实验及实验现象2· [学生活动]学生观看实验，总结现象，分析现象并思考问题： 1、大部分粒子穿过金箔不偏转，说明了什么？ 2、少数粒子被偏转，个别粒子被反射分别说明了什么？ 3、试想象推测原子的结构模型 [多媒体演示2]展示卢瑟福的解释：原子：原子核（带正电）；核外电子（带负电）在此实验的基础上，卢瑟福提出了“核式原子模型”，较好的解释了原子核与核外电子的关系，那么，原子核内部的结构又是怎样的？ 多媒体演示3学习目标1· 一、原子核核素 1、原子核的构成 [交流研讨]9·阅读P3表格，分析电子、质子、中子的基本数据表,思考讨论以下问题 微粒 电子 质子 中子 质量（Kg） 9.109×10-31 1.673×10-27 1.675×10-27 相对质量 0.000548 1.007 1.008 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》中南大学化学化工学院《结构化学》综述报告结构化学》标题：基于Gauss 03 的操作与练习综述报告指导老师：指导老师：姓学班时名：号：级：间：周德璧******** ********** ******** 2011/1/12 1 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》2 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》目录简介 (1) 一.Gaussian 与GaussView 03 简介（一）.关于Gaussian （二）. 关于Gaussian 3 （三）.GaussView 3 初始界面简介操作实例简介――构建苯乙烷分子 (5) 二.操作实例简介操作实例简介说明：在操作的过程中发现，如果仅仅下载周老师在邮箱里面发的GaussView3.07 并进行安装，在进行计算calculate 的操作的时候，总会出现跳出的对话框中的“submit” 选项按钮总是灰色的。经过上网搜索，网友一致的反应是――没有同时安装相应版本的Gaussian 软件。因此，我特地下载了Gaussian 03W 软件包，先安装了Gaussian 03W，然后再安装了GaussView3.07。最后，依据网上查得的指导资料，仿照指导的步骤，亦步亦趋，完成了如下文档。因软件Gaussian 03W 下载资源很慢，一直到2011/1/12 才下载下来，安装完毕后，因着急要坐火车回家，在构建苯乙烷分子之后仅进行到“Calculation”一步，关于分子结果的可视化的实现没来得及做，请老师谅解。 3 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》一. Gaussian 与GaussView 3.07 简介（一）.关于Gaussian Gaussian 是一个功能强大的量子化学综合软件包。其可执行程序可在不同型号的大型计算机，超级计算机，工作站和个人计算机上运行，并相应有不同的版本。Gaussian 功能主要有：分子能量和结构、过渡态能量和结构、键和反应能量、分子轨道多重矩、原子电荷和电势、振动频率、红外和拉曼光谱、核磁性质、极化率和超极化率、热力学性质、反应路径等。Gaussian的计算可以对体系的基态或激发态执行。可以预测周期体系的能量，结构和分子轨道。因此，Gaussian可以作为功能强大的工具，用于研究许多化学领域的课题，例如取代基的影响，化学反应机理，势能曲面和激发能等等。（二）. 关于Gaussian 03 Gaussian 03 是Gaussian 系列电子结构程序的较为新的版本。它在化学、化工、生物化学、物理化学等化学相关领域方面的功能都进行了增强。 1.其主要功用大体有以下几个大的方面（1）研究大分子的反应和光谱（2）通过自旋-自旋耦合常数确定构像（3）研究周期性体系（4）预测光谱（5）模拟在反应和分子特性中溶剂的影响2.Gaussian 03 新增加了以下内容：（1）.新的量子化学方法（2）新的分子特性（3）新增加的基本算法（4）新增功能：（三）.GaussView 3.07 初始界面简介（1）GaussView 是一个专门设计于高斯配套使用的软件，其主要用途有两个构建高斯的输入文件以图的形式显示高斯计算的结果除了可以自己构建输入文件外，GaussView 还可读入CHEM3D，HYPERCHEM 和晶体数据等诸多格式的文件。从而使其可以于诸多图形软件连用，大大拓宽了使用范围（详见下图）（2）主要功能键的介绍第一行为菜单栏，如下所示: ①File:主要功能是建立，打开，保存和打印当前的文件 4 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》Save Image 将当前文件保存为图片格式Preferences。可以在里面改变Gview 默认的各种显示的设置。②Edit: 在这里可以完成对分子的剪贴,拷贝,删除和抓图等。Atom List,显示当前分子的内坐标，笛卡儿坐标，分数坐标等。Point Group 可以显示当前分子的点群及可能有的点群。PBC 显示晶体文件（可以将CIF 文件转换为图形，在点PBC 按钮后所给并的对话框中根据选项调节具体显示的格式。Mos 用于显示分子轨道（只有检查点文件，此选项才能给出分子轨道图。Symmetrize，对当前体系进行对称性控制。③View 这里面的选项都是于分子的显示有关的，如显示氢原子，显示键，显示元素符号,显示坐标轴等5 《结构化学之计算化学-Gaussian 的操作与练习综述报告》④Calculate：可从Gview 中直接向高斯提交计算。这是Gview 作为高斯软件配套功能的重要体现。从所给的对话框中可以选择工作类型Job Type（如优化，能量或频率 结构化学习题 习题类型包括：选择答案、填空、概念辨析、查错改正、填表、计算、利用结构化学原理分析问题；内容涵盖整个课程，即量子力学基础、原子结构、分子结构与化学键、晶体结构与点阵、X射线衍射、金属晶体与离子晶体结构、结构分析原理、结构数据采掘与QSAR等；难度包括容易、中等、较难、难4级；能力层次分为了解、理解、综合应用。 传统形式的习题，通常要求学生在课本所学知识范围内即可完成，而且答案是唯一的，即可以给出所谓“标准答案”。根据21世纪化学演变的要求，我们希望再给学生一些新型的题目，体现开放性、自主性、答案的多样性，即：习题不仅与课本内容有关，而且还需要查阅少量文献才能完成；完成习题更多地需要学生主动思考，而不是完全跟随教师的思路；习题并不一定有唯一的“标准答案”，而可能具有多样性，每一种答案都可能是“参考答案”。学生接触这类习题，有助于培养学习的主动性，同时认识到实际问题是复杂的，解决问题可能有多钟途径。但是，这种题目在基础课中不宜多，只要有代表性即可。 以下各章的名称与《结构化学》多媒体版相同，但习题内容并不完全相同。 第一章量子力学基础 1.1 选择题 (1) 若用电子束与中子束分别作衍射实验，得到大小相同的环纹，则说明二者 (A) 动量相同(B) 动能相同(C) 质量相同 (2) 为了写出一个经典力学量对应的量子力学算符，若坐标算符取作坐标本身，动量算符应是 (以一维运动为例) (A) mv (B) (C) (3) 若∫|ψ|2dτ=K，利用下列哪个常数乘ψ可以使之归一化： (A) K(B) K2 (C) 1/ (4) 丁二烯等共轭分子中π电子的离域化可降低体系的能量，这与简单的一维势阱模型是一致 的，因为一维势阱中粒子的能量 (A) 反比于势阱长度平方 (B) 正比于势阱长度 (C) 正比于量子数 (5) 对于厄米算符, 下面哪种说法是对的 (A) 厄米算符中必然不包含虚数 (B) 厄米算符的本征值必定是实数 (C) 厄米算符的本征函数中必然不包含虚数 (6) 对于算符?的非本征态Ψ (A) 不可能测量其本征值g. (B) 不可能测量其平均值 寻找10电子微粒和18电子微粒 的方法 1．10电子微粒 2．18电子微粒 CH3—CH3、H2N—NH2、HO—OH、F—F、F—CH3、CH3—OH…… 识记1－20号元素的特殊电子层 结构 (1)最外层有1个电子的元素：H、Li、Na、K； (2)最外层电子数等于次外层电子数的元素：Be、Ar； (3)最外层电子数是次外层电子数2倍的元素：C； (4)最外层电子数是次外层电子数3倍的元素：O； (5)最外层电子数是内层电子总数一半的元素：Li、P； (6)最外层电子数是次外层电子数4倍的元素：Ne； (7)次外层电子数是最外层电子数2倍的元素：Li、Si； (8)电子层数与最外层电子数相等的元素：H、Be、Al； (9)电子层数是最外层电子数2倍的元素：Li、Ca； (10)最外层电子数是电子层数2倍的元素：He、C、S。 化学键与物质类别的关系以及对 物质性质的影响 1．化学键与物质类别的关系 (1)只含共价键的物质 ①同种非金属元素构成的单质，如I2、N2、P4、金刚石、晶体硅等。 ②不同种非金属元素构成的共价化合物，如HCl、NH3、SiO2、CS2等。 (2)只含有离子键的物质：活泼非金属元素与活泼金属元素形成的化合物，如Na2S、CsCl、 K2O、NaH等。 (3)既含有离子键又含有共价键的物质，如Na2O2、CaC2、NH4Cl、NaOH、Na2SO4等。 (4)无化学键的物质：稀有气体，如氩气、氦气等。 2．离子化合物和共价化合物的判断方法 (1)根据化学键的类型判断 凡含有离子键的化合物，一定是离子化合物；只含有共价键的化合物，是共价化合物。 (2)根据化合物的类型来判断 大多数碱性氧化物、强碱和盐都属于离子化合物；非金属氢化物、非金属氧化物、含氧酸都属于共价化合物。 (3)根据化合物的性质来判断 熔点、沸点较低的化合物是共价化合物。熔化状态下能导电的化合物是离子化合物，如NaCl，不导电的化合物是共价化合物，如HCl。 3．化学键对物质性质的影响 (1)对物理性质的影响 金刚石、晶体硅、石英、金刚砂等物质硬度大、熔点高，就是因为其中的共价键很强，破坏时需消耗很多的能量。 NaCl等部分离子化合物，也有很强的离子键，故熔点也较高。 (2)对化学性质的影响 N2分子中有很强的共价键，故在通常状况下，N2很稳定，H2S、HI等分子中的共价键较弱，故它们受热时易分解。 02 原子的结构和性质 【】氢原子光谱可见波段相邻4条谱线的波长分别为、、和，试通过数学处理将谱线的波数归纳成为下式表示，并求出常数R 及整数n 1、n 2的数值。 2 21211 ( )R n n ν=-% 解：将各波长换算成波数： 1656.47nm λ= 1115233v cm - -= 2486.27nm λ= 1220565v cm - -= 3434.17nm λ= 1323032v cm - -= 4410.29nm λ= 1424373v cm - -= 由于这些谱线相邻，可令1n m =，21,2,n m m =++……。列出下列4式： ()2 2152331R R m m = - + ()22205652R R m m =- + ()2 2230323R R m m = - + ()2 2243734R R m m =- + (1)÷(2)得： ()()()2 3212152330.7407252056541m m m ++==+ 用尝试法得m=2（任意两式计算，结果皆同）。将m=2带入上列4式中任意一式，得： 1109678R cm -= 因而，氢原子可见光谱（Balmer 线系）各谱线的波数可归纳为下式： 221211v R n n - ??=- ? ?? 式中， 1 12109678,2,3,4,5,6R cm n n -===。 【】按Bohr 模型计算氢原子处于基态时电子绕核运动的半径（分别用原子的折合质量和电子的质量计算并精确到5位有效数字）和线速度。 解：根据Bohr 提出的氢原子结构模型，当电子稳定地绕核做圆周运动时，其向心力与核和电子间的库仑引力大小相等，即： 计算题 ( 附答案 ) 1. 5 分 用透射电子显微镜摄取某化合物的选区电子衍射图，加速电压为200？kV ，计算电子加速后运动时的波长。 2. 10 分 限制在一个平面中运动的两个质量分别为m 1和m 2的质点 ， 用长为R 的、没有质量的棒连接着， 构成一个刚性转子。 (1) 建立此转子的Schr?dinger 方程， 并求能量的本征值和归一化的本征函数； (2) 求该转子基态的角动量平均值。 已知角动量算符 M ?=M ?z =-i π2h φ ??。 3. 10 分 分子CH 2CHCHCHCHCHCHCH 2中的π电子可视为在长为8R c-c 的一维势箱中运动的自由粒子。分子的最低激发能是多少？它从白色光中吸收什么颜色的光；它在白光中显 示什么颜色？ (已知 R c-c=140 pm) 4. 10 分 试证明三维势箱中粒子的平均位置为(a /2， b /2， c /2)。 5. 10 分 ①丁二烯 和②维生素A 分别为无色和橘黄色，如何用自由电子模型定性解释。 ② 已知丁二烯碳碳键长为1.35×10-10？nm(平均值)，维生素A 中共轭体系的总长度为1.05？nm(实验值)。 6. 10 分 已知 Li 2+ 的 1s 波函数为 32130s 1e 27a r -α??????π=ψ (1)计算 1s 电子径向分布函数最大值离核的距离； (2)计算 1s 电子离核平均距离； (3)计算 1s 电子概率密度最大处离核的距离。 （10!d e +∞ -=?n ax n a n x x ） 7. 10 分 已知类氢离子 sp 3杂化轨道的一个波函数为： x p s 3sp 2 321φφψ+= 求这个状态的角动量平均值的大小。 8. 10 分 电离1mol 自由铜原子得1mol Cu +，需能量为746.2 kJ ，而由铜晶体电离获1 mol Cu +仅 消耗 434.1 kJ 能量。 (1) 说明上述两电离过程所需能量不同的原因； (2) 电离 1 mol 铜晶体所需照射光的最大波长是多少？ (3) 升高温度能否大大改变上述两电离过程所需能量之差？ 9. 5 分 波函数具有节面正是微粒运动的波动性的表现。若把一维势箱粒子的运动看作是在直线 上的驻波，请由驻波条件导出一维箱中粒子的能级公式，并解释为什么波函数的节面 愈多其对应的能级愈高。 *. 5 分 回答有关 Li 2+ 的下列问题： (1)写出 Li 2+ 的薛定谔方程； (2)比较 Li 2+ 的 2s 和 2p 态能量的高低。 11. 5 分 计算氢原子1s 态的平均势能。已知用原子单位时， r ψ-??? ??π=e 12 1s 1 12. 5 分 作为一种近似处理，纳米材料中的电子和空穴可视为被限制在纳米范围内运动的一维势 箱中的粒子，电子和空穴附加的动能(基态)等于其禁带宽度E g 的增加量?E g 。GaAs 的电子 和空穴的有效质量分别为m e *=0.065m 0和m h *=0.45m 0，m 0为电子静质量；E g ′ =1.42？eV ，计 算5000？pm GaAs 的禁带宽度。 13. 10 分 ψ0和ψ1是线性谐振子的基态和第一激发态正交归一化的能量本征函数，令 A ψ0(x )+ B ψ1(x )是某瞬时振子波函数，A ，B 是实数，证明波函数的平均值一般不为零。 第一章原子结构与性质 课标要求 1.了解原子核外电子的能级分布，能用电子排布式表示常见元素的（1~36号）原子核外电子的排布。了解原子核外电子的运动状态。 2.了解元素电离能的含义，并能用以说明元素的某种性质 3.了解原子核外电子在一定条件下会发生跃迁，了解其简单应用。 4.了解电负性的概念，知道元素的性质与电负性的关系。 要点精讲 一.原子结构 1.能级与能层 2.原子轨道 3.原子核外电子排布规律 ⑴构造原理：随着核电荷数递增，大多数元素的电中性基态原子的电子按右图顺序填入核外电子运动轨道（能级），叫做构造原理。 能级交错：由构造原理可知，电子先进入4s 轨道，后进入3d 轨道，这种现象叫能级交错。 说明：构造原理并不是说4s 能级比3d 能级能量低（实际上4s 能级比3d 能级能量高），而是指这样顺序填充电子可以使整个原子的能量最低。也就是说，整个原子的能量不能机械地看做是各电子所处轨道的能量之和。 （2）能量最低原理 现代物质结构理论证实，原子的电子排布遵循构造原理能使整个原子的能量处于最低状态，简称能量最低原理。 构造原理和能量最低原理是从整体角度考虑原子的能量高低，而不局限于某个能级。 （3）泡利（不相容）原理：基态多电子原子中，不可能同时存在4个量子数完全相同的电子。换言之，一个轨道里最多只能容纳两个电子，且电旋方向相反（用“↑↓”表示），这个原理称为泡利（Pauli ）原理。 （4）洪特规则：当电子排布在同一能级的不同轨道（能量相同）时，总是优先单独占据一个轨道，而且自旋方向相同，这个规则叫洪特（Hund ）规则。比如，p3的轨道式为 或，而不是。 洪特规则特例：当p 、d 、f 轨道填充的电子数为全空、半充满或全充满时，原子处于较稳定的状态。即p0、d0、f0、p3、d5、f7、p6、d10、f14时，是较稳定状态。 前36号元素中，全空状态的有4Be 2s22p0、12Mg 3s23p0、20Ca 4s23d0；半充满状态的有：7N 2s22p3、15P 3s23p3、24Cr 3d54s1、25Mn 3d54s2、33As 4s24p3；全充满状态的有10Ne 2s22p6、18Ar 3s23p6、29Cu 3d104s1、30Zn 3d104s2、36Kr 4s24p6。 4. 基态原子核外电子排布的表示方法 (1)电子排布式 ①用数字在能级符号的右上角表明该能级上排布的电子数，这就是电子排布式，例如K ：1s22s22p63s23p64s1。 ②为了避免电子排布式书写过于繁琐，把内层电子达到稀有气体元素原子结构的部分以↑↓ ↑ ↓ ↓ ↓ ↑ ↑ ↑ 高一化学练习4—核外电子的运动状态1 一、选择题：（每小题只有一个正确答案） 1.下列叙述不正确的是（） A.原子最外层电子数都不超过8个 B.一切原子中都有质子和中子 C.原子的次外层电子数不一定是8个或18个 D.稀有气体元素(除氦元素)的原子最外层电子数都是8个 2.下列说法正确的是（） A.离核越近的电子所具有的能量越高 B.核外电子在作高速运动，原子核是固定不动的 C.原子的质量主要集中在原子核上 D.原子核外第n层上所排的电子数必定为2n2 3.原子结构示意图中反映不出该原子的（） A.质子数 B.电子数 C.质量数 D.核外电子层数 4.原子核外电子是分层排布的，在不同的电子层上运动的电子的能量是不同的，下列电子层上运动的电子能量最高的是（） A.L层 B.K层 C. N层 D. M层 5.下列数字为几种元素的核电荷数，其中最外层电子数最多的是（） A.8 B. 14 C. 17 D. 20 6.1-18号元素中，原子核外电子层数等于最外层电子数的元素一共有（） A.2种 B. 3 种 C. 5 种 D. 7 种 7.某元素原子的最外层电子数是次外层电子数的3倍，则该元素核内质子为（） A. 3 B. 7 C. 8 D. 10 8.在1-18号元素中，最外层电子数是其电子层数2倍的元素共有（） A.2 种 B.3 种 C. 4 种 D. 5 种 9.在第n电子层中，当它作为最外层时，容纳电子数最多与第n-1层相同；当它作为次外层时，其电子数比第n+l层最多能多10个电子则n为（） A. 2 B. 3 C. 4 D. 5 10.某元素原子的核电荷数是电子层数的5倍，是最外层电子数的3倍，该元素原子的最外层 结构化学复习提纲第一章量子力学基础 了解量子力学的产生背景?黑体辐射、光电效应、玻尔氢原子理论与德布罗意物质波假设 以及海森堡测不准原理，掌握微观粒子的运动规律、量子力学的基本假设与一维势阱中 粒子的Schr?dinger方程及其解。 重点：微观粒子的运动特征和量子力学的基本假设。一维势阱中粒子的Schr?dinger方程及其解。 1. 微观粒子的运动特征 a. 波粒二象性：能量动量与物质波波长频率的关系 ? = h?p = h/? b. 物质波的几率解释：空间任何一点物质波的强度(即振幅绝对值的平方)正比于粒子 在该点出现的几率． c. 量子化（quantization）：微观粒子的某些物理量不能任意连续取值, 只能取分离值。 如能量,角动量等。 d. 定态：微观粒子有确定能量的状态 玻尔频率规则：微观粒子在两个定态之间跃迁时，吸收或发射光子的频率正比于两个定 态之间的能量差。即 e. 测不准原理: 不可能同时精确地测定一个粒子的坐标和动量(速度)．坐标测定越精确 (?x =0)，动量测定就越不精确(?px = ?)，反之动量测定越精确(?px =0)，坐标测定就 越不精确 (?x = ?) f. 微观粒子与宏观物体的区别: (1). 宏观物体的物理量连续取值；微观粒子的物理可观测量如能量等取分离值，是量子化的。(2). 微观粒子具有波粒二象性，宏观物体的波性可忽略。(3). 微观粒子适用测不准原理，宏观物体不必。(4). 宏观物体的坐标和动量可以同时精确测量，因此有确定的运动轨迹，其运动状态用坐标与动量描述；微观粒子的坐标和动量不能同时精确地测量，其运动没有确定的轨迹，运动状态用波函数描述。 (5). 宏观物体遵循经典力学；微观粒子遵循量子力学。(6). 宏观物体可以区分；等同的微观粒子不可区分。 2. 微观粒子运动状态的描述 a. 品优波函数的三个要求: 单值连续平方可积 波函数exp(i m?) m的取值？ b. 将波函数归一化? = 0?2? c. 波函数的物理意义??(x, y, z, t)?2d x d y d z表示在t时刻在空间小体积元(x?x+d x, y?y+d y, z?z+d z)中找到粒子的几率 d. 波函数的单位* 3. 物理量与厄米算符 每个物理可观测量都可以用一个厄米算符表示 a. 线性算符与厄米算符 b. 证明id/dx是厄米算符* c. 写出坐标，动量，能量，动能，势能与角动量的算符 【1.6】对一个运动速度c υ （光速）的自由粒子，有 人进行了如下推导：1 v v v v 2h h E m p m νλ=====① ② ③④⑤ 结果得出mv=1/2mv 的结论。上述推导错在何处？请说 明理由。 解：微观粒子具有波性和粒性，两者的对立和相互制约可由下列关系式表达：E=h ν p=h/λ 式中，等号左边的物理量体现了粒性，等号右边的物理量体现了波性，而联系波性和粒性的纽带是Planck 常数。根据上述两式及早为人们所熟知的力学公式：p=mv 知 ①，②，④和⑤四步都是正确的。 微粒波的波长λ服从下式：/u v λ= 式中，u 是微粒的传播速度，它不等于微粒的运动速度υ ，但③中用了/u v λ=，显然是错的。 在④中，E hv =无疑是正确的，这里的E 是微粒的总能量。若计及E 中的势能，则⑤也不正确。 【1.11】2 ax xe ?-=是算符22224d a x dx ??- ???的本征函数，求其本征值。 解：应用量子力学基本假设Ⅱ（算符）和Ⅲ（本征函数，本征值和本征方程）得： 2 2222222244ax d d a x a x xe dx dx ψ-????-=- ? ????? () 222 2224ax ax d xe a x xe dx --=- () 2 22222 2 2232323242444ax ax ax ax ax ax ax d e ax e a x e dx axe axe a x e a x e -------=--=--+- 2 66ax axe a ψ -=-=- 因此，本征值为6a -。 【3.15】79H Br 在远红外区有一系列间隔为1 16.94cm -的谱线，计算HBr 分子的转动惯量和平衡核间距。 解：双原子分子的转动可用刚性转子模型来模拟。据此模型，可建立起双原子分子的Schr?dinger 方程。解之，便得到转动波函数R ψ、转动能级E R 和转动量子数J 。由E R 的表达式可推演出分子在相邻两能级间跃迁所 产生的吸收光的波数为：2(1)B J ν =+ 而相邻两条谱线的波数之差(亦即第一条谱线的波数)为： 2B ν?= B 为转动常数： 28h B Ic π= 由题意知，H 79Br 分子的转动常数为 B ＝8.470 cm -1 所以，其转动惯量为： 3422 21816.62621088(8.47010)(2.997910)h J s I Bc m m s ππ---??==????? 47 23.30810 kg m -=?? H 79Br 的约化质量为： 271.64310H Br H Br m m kg m m μ-= =?+ 所以，其平衡核间距为： 147227 3.30810141.91.64310e I kg m r pm kg μ--??????=== ? ?????? 4、DCl 和HCl 的核间距虽相同，但分子质量改变，影响折合质量μ和转动惯量I ，从而改变转动光谱中谱线的间隔。所以当混有质量不同的同位素时，在光谱谱线旁有 一较弱线伴生，弱线与主线的波速差ν~Δ可按下式计算。 )1c 4πh 1)J 2ν~1 211+= +=J I B （（ )1c 4πh 1)J 2ν~2 2222+= +=J I B （（ )1 1)(1(π4ν~ν~ν~Δ2 12 21I I J c h -+= -= ) μμ 1(ν~)1(ν~211211-=-=I I ）2 11μμ1)(1(2-+=J B 原子结构与化学键 1．通过对学生阅读\理解力的有效训练，促使学生集中精神学习，激发学生阅读的主动性 2．通过强化自我意识，培养学生的自我控制能力，提高学生的坚持\自控性 3．通过掌控分析法，提升学生自我认知能力，引导学生掌握原子结构与化学键题的方法及技巧 优胜教育 北京黄庄 校区 杨红静 老师 共价化合物：原子间通过共用电子对形成分子的化合物叫做共价化合物。（只有共价键） 极性共价键（简称极性键）：由不同种原子形成，A －B 型，如，H －Cl 。 共价键 非极性共价键（简称非极性键）：由同种原子形成，A －A 型，如，Cl －Cl 。 2.电子式： 用电子式表示离子键形成的物质的结构与表示共价键形成的物质的结构的不同点：（1）电荷：用电子式表示离子键形成的物质的结构需标出阳离子和阴离子的电荷；而表示共价键形成的物质的结构不能标电荷。（2）[ ]（方括号）：离子键形成的物质中的阴离子需用方括号括起来，而共价键形成的物质中不能用方括号。 要求：学生用思维导图、流程图、树状图、图表等形式总结概括以上知识。 例 完成效果 计时：_____分钟 题目：设某元素某原子核内的质子数为m ，中子数为n ，则下述论断中正确的是（ ） A. 不能由此确定该元素的相对原子质量 B. 这种原子的相对原子质量为m +n C. 若碳原子质量为w g ，此原子的质量为(m+n )w g D. 核内中子的总质量小于质子的质量 掌控分析过程 第1步： 明确题意 1．快速浏览题干及问题材料； 2．在题干中勾画题眼、关键词、考点等有效信息； 第2步： 信息加工 老师指导学生提取有效信息 第3步： 解决问题 学生列出知识（公式、定理、模型、方法规律等） 第4步： 评价反思 学生在老师的指导下，总结解决此类问题的关键点或问题延伸 1(完整版)结构化学课后答案第二章
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