注册给排水工程师基础考试——普化培训1

第一节、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的运动具有波粒二象性。电子具有粒子性，因为电子具有质量和动量。电子的衍射试验，证明微观粒子的波动性，且电子等微观粒子波是一种具有统计性的几率（概率）波。2.核外电子的运动规律的描述在量子化学中用波函数Ψ和电子云来描述核外电子的运动状态。(1)波函数：用空间坐标来描写波的数学函数式。以Ψ(x,y,z)或Ψ(r,θ,φ)表示。一个确定的波函数Ψ，称为一个原子轨道。表征原子中电子的一种运动状态.波函数Ψ的表达式，由n,l,m量子数决定。(2)量子数:1）主量子数n：n=1,2,3……∞,意义：表示电子离核的远近和电子能量的高低。n越大,表示电子能量越高。•n=1，2，3，4,……∞，对应于电子层K，L，M，N,···•由于n的取值不连续，因此核外电子的能量也是不连续的，量子化的。2)角量子数ι:ι=0,1,2……n-1(n个),意义：①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②代表亚层；对于多电子原子，与n共同确定原子轨道的能量。s轨道角度分布图yxP轨道角度分布图d轨道角度分布图3）磁量子数m:m=0,±1,±2……±ι，共(2ι+1)个,意义：确定原子轨道的空间取向；同一个亚层的轨道，称为等价轨道。ι=0，m=0，S轨道空间取向为1；ι=1,m=0,±1，P轨道空间取向为3，P轨道有3个等价轨道；ι=2m=0,±1,±2,d轨道空间取向为5，d轨道有5个等价轨道。……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：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。n=1(1个),ι=0,m=0,Ψ(1,0,0)n=2（4个）,ι={n=3(9个),ι={n=4(16个)波函数Ψ数目＝n2(2,1,-1)(2,1,1),(2,1,0),(2,0,0),,1,00,,10mm)2,2,3(),2,2,3()1,2,3()1,2,3()0,2,3()1,1,3(),1,1,3(),0,1,3()0,0,3(2,1,01,00,,,210mmmn、ι、m的取值与波函数关系：在一个确定的原子轨道中，电子自身还有两种不同的运动状态，这由第四个量子数mS确定.4)自旋量子数ms={代表电子自身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,表示：Ψ（n,ι,m,ms）例：Ψ(1,0,0,+),Ψ(1,0,0,-)2121212146、按近代量子力学的观点，核外电子的运动特征为（）A、具有波粒二象性；B、由Ψ2表示电子在核外出现的概率；C、原子轨道的能量呈连续变化；D、电子运动的轨迹可用Ψ图像来表示。答：A7.3d轨道的磁量子数m的合理值是：（A）1、2、3（B）0、1、2（C）3（D）0、±1、±2答:D分析：3d轨道，n=3，ι=2，根据量子数的取值规律，m=0、±1、±2，故D正确。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.(2,1,1,-1/2)B.(2,1,-1,+1/2)C.(2,0,0,-1/2)D.(2,0,-1,+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=1B.n=2,ι=1,m=0C.n=3,ι=2,m=－1D.n=3,ι=0,m=019.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=3ι=1m=+1mS=-1/2B.n=3ι=2m=+1mS=+1/2C.n=3ι=0m=+1mS=-1/2D.n=3ι=3m=+1mS=+1/211．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.橄榄形题6.问：在某个多电子原子中，分别可用下列各组量子数表示相关电子的运动状态，其中能量最高的电子是:A.2，0，0，B.2，1，0，C.3，2，0，D.3，1，0,(2)几率密度与电子云1)几率密度：表示电子在核外空间某单位体积内出现的几率（概率）大小。电子的几率密度等于Ψ2。3)电子云：用黑点疏密的程度描述原子核外电子的几率密度(Ψ2)分布规律的图形。黑点密的地方，电子出现的几率密度较大，单位体积内电子出现的机会多。氢原子1s电子云（二维投影）yxb电子云的角度分布图原子轨道角度分布图与电子云角度分布图的区别(1)原子轨道角度分布图比电子云角度分布图“胖”些’(1)原子轨道角度分布图有“＋”“－”,电子云角度分布图无“＋”“－”3.原子核外电子分布（1）多电子原子轨道的能级1）角量子数ι相同时，n越大，能量越高E1sE2sE3sE4s……2）主量子数n相同时，ι越大，能量越高E3sE3pE3d……3)当主量子数n和角量子数ι都不同时，可能发生能级交错的现象。E4sE3d;E5sE4d;原子轨道近似能级图:7s……6s4f5d6p5s4d5p4s3d4p3s3p2s2p1s能量逐渐升高能量逐渐升高（2）核外电子分布的规则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：↑↓s轨道最多容纳2电子,表示为s2;p轨道最多容纳6电子,表示为p6;d轨道最多容纳10电子,表示为d10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：2n2。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。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:↑↑↑26.铁原子的价电子构型为3d64s2，在轭道图中，未配对的电子数为：____A.0B.2C.4D.6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:24Cr1S22S22P63S23P63d54S1，半充满比较稳定。29Ｃu1S22S22P63S23P63d104S1,全充满比较稳定42Mo、47Ag、79Au(3)核外电子分布式：原子的原子的离子的离子外层电子分布式外层电子分布式电子分布式电子分布式（价电子构型）11Na：1s22s22p63s13s1Na+:1s22s22p62s22p616S：1s22s22p63s23p43s23p4S2-:1s22s22p63s23p63s23p626Fe：1s22s22p63s23p63d64S23d64s2Fe3+:1s22s22p63s23p63d53s23p63d524Cr：1S22S22P63S23P63d54S13d54S1Cr3＋：1S22S22P3S23P63d33S23P63d329Ｃu：1S22S22P63S23P63d104S13d104S1Ｃu2＋：1S22S22P63S23P63d93S23P63d9130.某元素的+2价离子的外层电子分布式为:该元素是:(A)Mn(B)Cr(C)Fe(D)Co1、24号基态原子的外层电子结构式正确的是（）A、2s2B、3s23p6C、3s23p4D、3d54s13.Fe3+的外层电子分布式为_____________。A.3d34S2B.3d5C.3S23P63d5D.3S23P63d34S2,333662dps20.原子序数为29的元素，其原子外层电子排布应是：A.3d94s2B.3d104s2C.3d104s1D.3d105s1题9.问：原子序数为25的元素,其+2价离子的外层电子分布为:（A）3d34s2（B）3d5（C）3s23p63d5（D）3s23p63d34s2题19．问：在下列电子构型中，属于原子激发态的是：A，1s22s22p63s23p64s1B，1s22s22p63s23p34s1C，1s22s22p63s23p63d54s1D，1s22s22p63s23p63d54s2二.化学键和分子结构1.化学键：分子或晶体中相邻的原子（离子）之间的强烈的相互作用。化学键一般分为离子键、共价键和金属键。(1)离子键：由正负离子的静电引力形成的化学键。活泼的金属元素和活泼的非金属元素通过离子键结合.(2)金属键:金属的电离能较小，最外层的价电子容易脱离原子的束缚而形成自由电子。金属离子紧密堆积。所有自由电子在整个堆积体间自由运动，形成金属键。金属键的本质：金属离子与自由电子之间的库仑引力(3)共价键：分子内原子间通过共用电子对所形成的化学键。典型的共价键是在非金属单质或电负性相差不大的原子之间通过电子的相互配对(共用电子对)而形成。1)价键理论要点：①原子中一个未成对电子只能和另一个原子中自旋相反的一个电子配对成键.---共价键饱和性②成键时原子轨道要对称性匹配,并实现最大程度的重叠.---共价键方向性③σ键：原子轨道沿两核连线，以“头碰头”方式重叠S-S:H2S-Px:HClPx-Px:Cl2④Л键：原子沿两核连线以“肩并肩”方式进行重叠。如单键：σCl-Cl双键：σ+Л-C=C-三键：σ+Л+ЛN≡N键键47、下列各物质的化学键中，只存在σ键的是（）A、C2H2；B、H2O；C、CO2；D、CH3COOH答：B8.下列物质的化学键中，只存在σ键的是：（A）PH3（B）H2C=CH2（C）CO2（D）C2H2答:A分析：乙烯H2C=CH2、二氧化碳O=C=O、乙炔HC≡HC三个分子中，即存在σ键又存在Л键，只有PH3分子中，只存在σ键，故答案为A。题31．问：共价键最可能存在于：A，金属原子之间B，非金属原子之间，C，电负性相差很大的元素原子之间，D,电负性相差不大的元素原子之间11.根据价键理论和原子轨道重叠原则，N2的结构为___________。A.一个σ键,二个π键;B.三个π键;C.三个σ键;D.一个π键,二个σ键2.分子的极性与电偶极矩:极性分子：正负电荷中心不重合分子，非极性分子：正负电荷中心重合。电偶极矩µ:µ=q.ιq：正负电荷中心带电量；ι：正负电荷中心之间的距离。极性分子:µ0;非极性分子：µ=0双原子分子:分子极性与键的极性一致.即键是极性键,分子是极性分子;键是非极性键,分子是非极性分子.如：N2,H2、O2非极性分子；HFHClHBrHI极性分子多原子分子:分子是否极性不仅取决于键的极性,而且取决于分子的空间构型(结构对称的为非极性分子)如：CH4,CCl4,CO2,CS2非极性分子3.杂化轨道理论和分子空间构型杂化轨道理论要点:(1）电子在成键原子的作用下，进行激发；(2)能级相近的原子轨道互相杂化;(3)几个轨道参加杂化,形成几个杂化轨道；(4)成键能力更强。杂化轨道类型SPSP2SP3SP3（不等性）空间构型直线型平面正三形角形正四面体三角锥型V字型实例BeCl2,HgCl2,CO2，CS2，C2H2BCl3,BF3（B，Al，Ga等IIIA元素的卤化物）,C2H4CH4,SiH4,CCl4,SiCl4（IVA元素）NH3PH3,PCl3（VA元素）H2OH2S（VIA元素）分子极性：非极性非极性非极性极性极性图5.18sp杂化轨道分子空间构型:直线型，键角180°例如：HgCl2、BeCl2分子。1)sp杂化:附图5.15