备考2011年 一级注册结构工程师 基础考试 普通化学

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普通化学

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3.1物质的结构与物质的状态 一.原子结构 1.核外电子的运动特性核外电子运动具有能量量子化、波粒二象性和统计性的 特征，不能用经典牛顿力学来描述核外电子的运动状态。

2.核外电子的运动规律的描述由于微观粒子具有波的特性，所以在量子力学中用波 函数Ψ来描述核外电子的运动状态。 (1)波函数Ψ :用空间坐标(x,y,z)来描写波的数学函数式, 以表征原子中电子的运动状态。 一个确定的波函数Ψ ,称为一个原子轨道。确定电子的 一种运动状态. (2)概率密度(几率密度):用Ψ 2表示电子在核外空间某单 位体积内出现的概率大小。

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(3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电 子的概率密度(Ψ 2)分布规律的图形。黑点密的

地方，电子出现的概率密度较大，单位体积内电子出现的机会多。y

x

b

氢原子1s电子云(二维投影)

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(4)四个量子数:波函数Ψ由n,l,m三个量子数决定， 即Ψ(n,l,m)。三个量子数取值相互制约。 ①主量子数n:n=1,2,3……∞, 确定原子轨道的能 量，和电子离核的远近。 ②角量子数ι:ι=0,1,2……n-1(n个),确定原子轨 道的形状。 ι= 0, 1, 2, 3…… s, p, d, f…… 球形 纺锤形 梅花形 复杂

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y

xs轨道投影

P轨道投影

d轨道投影

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③磁量子数m: m=0 ,±1,±2……±ι(2ι+1个) ,确定原子轨道的空间取向。

ι= 0, m=0,ι=1, m=0 ,±1, ……

S轨道空间取向为1;P轨道空间取向为3;

ι=2 m=0 ,±1,±2 , d轨道空间取向为5;

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一个原子轨道：指n、ι、m三种量子数都具有 一定数值时的一个波函数。 Ψ(n,ι,m),例如：Ψ(1,0,0)代表基态氢原子的波函数。 n、ι、m取值合理才能确定一个存在的波 函数，亦即确定电子运动的一个轨道。

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n、ι、m的取值与波函数关系：n=1(1个), ι=0,m=0, Ψ(1,0,0)n=2(4个), ι={0, m 0 , (2,0,0) 1 , m 0, 1 , (2,1,0), (2,1,1), (2,1,-1) 0, m 0 (3,0,0) 1 , m 0, 1 (3,1,0), (3,1,1), (3,1, 1) 2 , m 0, 1, 2 (3,2,0) (3,2,1) (3,2, 1) (3,2,2), (3,2, 2)

n=3(9个), ι={n=4(16个)

波函数Ψ数目=n2

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n,ι相同的轨道称为等价轨道。 s轨道有1个等价轨道，表示为： p轨道有3个等价轨道，表示为： d轨道有5个等价轨道，表示为：

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4)自旋量子数ms={

1 2 1 2

代表电子自身两种不同的运动状态(习惯以顺、 逆自旋两个方向形容这两种不同的运动状态),

可用↑↑ 表示自旋平行,↑↓表示自旋反平行.n, ι,m, ms四个量子数确定电子的一个完整的运 动状态,以Ψ(n,ι,m, ms )表示。 例：Ψ( 1, 0, 0, +1 2

1 ), Ψ( 1, 0, 0, ) 2

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例题:7.对原子中的电子来说，下列成套的量子数中不可能存在 的是_______。 A.(3,1,1,-1/2) B.(2,1,-1,+1/2) C.(3,3,0,-1

/2) D.(4,3,-3,+1/2) 9.下列量子数的组合中，哪一个是不合理的_________。 A. n=2,ι =2,m=1 B. n=2, ι =1,m=0 C. n=3, ι =2,m=-1 D. n=3, ι =0,m=0 19.量子力学中的一个原子轨道是指_________。 A.与波尔理论相同的原子轨道 B.n具有一定数值时的一个波函数 C.n、ι 、m三种量子数都具有一定数值时的一个波函数 D. ι 、m二种量子数都具有一定数值时的一个波函数

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12.某元素最外层原子轨道4S上有一个电子,其四个量子 数表达式正确的是________. A.(4.0,1,+1/2) B.(4,1,0,-1/2) C.(4.0,0,+1/2) D.(4,1,1,-1/2) 24.表示3d的诸量子数为：_______ A.n=3 ι =1 m=+1 mS=-1/2 B.n=3 ι =2 m=+1 mS=+1/2 C.n=3 ι =0 m=+1 mS=-1/2 D.n=3 ι =3 m=+1 mS=+1/2 11.p2波函数角度分布形状为: A.双球形 B.球形 C.四瓣梅花形 D.橄榄形

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3.原子核外电子分布三原则(1)泡利不相容原理：一个原子中不可能有四个 量子数完全相同的两个电子。 一个原子轨道中只能容纳自旋方向相反的两 个电子。 表示为：↑↓根据每层有n2个轨道，每个轨道最多能容纳 两个电子，由此可得出 每一层电子的最大容量为：2 n2。

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(2)最低能量原理：电子总是尽先占据能量 最低的轨道。

电子依据近似能级图由低到高依次排布。

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近似能级图:7s…… 6s 4f 5d 5s 4d 5p 4s 3d 4p 3s 3p 2s 2p 1s 6p

能量逐渐升高

能量逐渐升高

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(3)洪特规则：在n和ι 值都相同的等价轨道中， 电子总是尽可能分占各个轨道且自旋平行。 ↑ ↑ ↑ 如2p3: 3d6有几个未成对电子？ 洪特规则特例：当电子的分布处于全充满、半充 满或全空时，比较稳定。 全充满: p6或d10或f14 半充满: p3或d5或f7 全空: p0或d0或f0 例如: Cr 1S22S22P63S23P63d54S1,半充满比较稳定。 24 Cu 1S22S22P63S23P63d104S1, 全充满比较稳定 29 42Mo、47Ag、79Au