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第7章元素与元素性质的周期性-习题答

第7章元素与元素性质的周期性-习题答


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 La: [Xe]5d16s2; Cr: [Ar]3d54s1; Fe: [Ar]3d64s2; Cu: [Ar]3d104s1; 解: Re: [Xe]4f145d56s2;

1

Ta:[Xe]5d36s2;Po:[Xe]6s26p4;Gd:[Xe]4f75d16s2;Lu:[Xe]4f145d16s2

,并指出它们的未成对电子数: 7.6 写出下列离子的基态电子构型(示例,F :[He]2s22p6) 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。
+ + + + +

2

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: 对自旋平行的电子为了自旋配对, 1 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Zeff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Zeff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Zeff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:
3

Ca 11.87

Sc 12.80

Ti 13.58

V 14.15

Cr 16.50

Mn 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 原子价电子构型: 第二电离过程 电子所处轨道: 4s 4s 4s 4s 3d 4s Ca 4s2 Sc 3d14s2 Ti 3d24s2 V 3d34s2 Cr 3d54s1 Mn 3d54s2

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Zeff 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Zeff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。

4


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