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第四章 物质结构基础
习题4 -1 下列各组量子数，哪些是不合理的？为什么？
（1）n = 2 l = 1 m = 0 （2）n = 2 l = 2 m = –1 （3）n = 3 l = 0 m = +1 （4）n = 2 l = 3 m = +2 解：(1) 合理
(2) 不合理。因为l最大值为n -1，当n =2时，l只能为1，不能为2。 (3) 不合理。因为m的最大值为 ±l，当l = 0时，m 只能为0，不能为 +1。
(4) 不合理。因为n =2时，l只能为1，m只能为0，±l。l不能为3，m不能为 ±2。 习题4-2 已知某原子的电子可用下列各套量子数描述，试按能量高低的次序加以排列。
（1）4，1，0，–1 （2）3，1，0，＋1 （3）4，2，1，–1
222 （4）2，1，–1，+1 （5）2，1，0，–
211 （6）3，2，–1，+ 22（7）3，2，0，–
11 （8）4，2，–1，+ 22解： (8)＝(3) > (1) > (6) = (7) > (2) > (5) = (4)
习题4-3 A，B，C，D皆为第四周期元素，原子序数依次增大，价电子数依次为1，2，2，7，A和B元素次外层电子数均为8，C和D元素次外层电子数均为18。指出A，B，C，D 4种元素的元素名称，特点及原子序数。
解： 元素 A B C D 结构特点 4s1 4s2 3d104s2 4s24p5 序数Z 19 20 30 35 名称 钾 钙 锌 溴 习题4-4 试填出下列空白。
原子序数 电子排布式 电子层数 周期 族 区 元素名称 16 19 42 48
解：以表格形式解答如下 原子 序数 16 19 42 48 电子排布式 1s22s22p63s23p4 1s22s22p63s23p64S1 1s22s22p63s23p63d104S24p64d55S1 1s22s22p63s23p63d104S24p64d105S2 电子层数 3 4 5 5 周期 3 4 5 5 族 ⅥA ⅠA ⅥB ⅡB 区 p s d ds 元素名称 硫 钾 钼 镉
习题4 -5 写出下列原子和离子的电子排布式。 （1）29Cu和Cu2 （2）26Fe和Fe2
＋
＋
（3）47Ag和Ag （4）53I和I
＋
－
解： （1） [Ar] 3d104S1 [Ar] 3d9 （2） [Ar] 3d64S2 [Ar] 3d6
（3） [Kr] 4d105S1 [Kr] 4d10 （4） [Kr] 4d105S25P5 [Kr] 4d105S25P6 习题4 -6 选出下列各组中第一电离能最大的一种元素 （1）Na、Mg、Al （2）Na、K、Rb （3）Si、P、S （4）Li、Be、B 解： (1) Mg (2) Na (3) P (4) Be
习题4 -7 下列元素中，哪一组电负性依次减小？ （1）K、Na、Li （2）O、Cl、H （3）As、P、H （4）Zn、Cr、Ni 解：(2)
习题4 -8 比较下列各组离子的半径大小，并解释之。 （1）Mg2和Al3 （2）Br和I
＋
＋
－
－
（3）Cl和K （4）Cu和Cu2
－
＋
＋
＋
解： ⑴ r(Mg+2) > r(Al+3) , 同周期从左到右r减小。
⑵ r(Br-)< r(I-) , 同族从上到下r增大。 ⑶ r(Cl-) > r(K+) , 阴离子半径大于阳离子半径。 ⑷ r(Cu+) > r(Cu2+) , 正电荷愈高，半径愈小。 习题4 -9指出下列分子中有几个σ键和π键。 N2 CO2 BBr3 C2H2 CCl4 解：物质分子： N2 CO2 BBr3 C2H2 CCl4
? 键 1 2 3 3 4 ? 键 2 2 2
习题4 -10指出以下分子、离子的中心原子所采用的杂化轨道类型及分子的几何构型。 （1）BeH2 （2）HgCl2 （3）NF3 （4）BCl3
2- （5）PH3 （6）CO3 （7）OF2 （8）SiCl4
解：以表格形式列于下表
分子 BeH2 HgCl2 NF3 BCl3 PH3 2- CO3杂化类型 sp杂化 sp杂化 sp3不等性杂化 sp2杂化 sp3不等性杂化 sp2杂化 sp3不等性杂化 sp3杂化 分子空间构型 直线型 直线型 三角锥形 平面三角形 三角锥形 平面三角形 V字形 正四面体 OF2 SiH4 习题4 -11 下列分子间存在什么形式的分子间作用力（取向力、诱导力、色散力、氢键）？
(1) CH4 (2) He和H2O (3) HCl (4) H2S (5)甲醇和水 解：（1）CH4为非极性分子，只存在色散力。
（2）氦为非极性分子，水为极性分子，存在诱导力、色散力； （3）HCl为极性分子，存在取向力，诱导力，色散力； （4）H2S为极性分子，存在取向力，诱导力，色散力；
（5）甲醇为极性分子，H2O也为极性分子，且满足形成氢键的条件，故有取向力、诱导力、色散力、氢键。
习题4 -12 判断下列化合物中有无氢键存在，如果存在氢键，是分子间氢键还是分子内氢键？
(1)C6H6 (2)C2H6 (3)NH3 (4)H3BO3 (5)邻硝基苯酚
解：C6H6和C2H6无氢键存在，其余三种有氢键存在。其中NH3和H3BO3为分子间氢键，邻硝基苯酚为分子内氢键。
习题4 -13从分子的构型说明下列分子中哪些有极性，哪些无极性？ （1）SO2 （2）SO3 （3）CS2 （4）NO2 （5）NF3 （6）SOCl2 （7）CHCl3 （8）SiH4
解：（1）SO2有极性 （2）SO3无极性 （3）CS2无极性
（4）NO2有极性 （5）NF3有极性 （6）SOCl2有极性 （7）CHCl3有极性 （8）SiH4无极性
习题4 -14 Which of the following represents a reasonable set of quantum numbers for a 3d electron?
(1) 3, 2, +1, +解：(4)
习题4 -15 Consider these four orbitals in a neutral calcium atom: 2p, 3p, 3d and the 4s. These orbitals arranged in order of increasing energy are：
(1) 2p < 3p < 3d < 4s (2) 2p < 3p < 4s < 3d
(3) 2p < 4s < 3p < 3d (4) 4s < 2p < 3p < 3d
解：(2)
习题4 -16 The ion Ni2+ would have electron configuration： (1) [Ar]3d54s2 (2) [Ar]3d8 (3) [Ar]3d74s2 (4) [Ar]3d64s2
解：(2)
习题4 -17 What is electronegativity？Arrange the members of each of the following sets
of elements in order of increasing electronegativities？
(1) B, Ga, Al, In (2) S, Na, Mg, Cl (3) P, N, Sb, Bi (4) S, Ba, F, Si
解：电负性是元素的原子在分子中吸引电子的能力。
各组元素电负性大小顺序为：
（1）χ(Al) < χ(Ga) < χ(In) < χ(B) （2）χ(Na) < χ(Mg) < χ(S) < χ(Cl) （3）χ(Sb)＝χ(Bi) < χ(P) < χ(N) （4）χ(Ba) < χ(Si) < χ(S) < χ(F)
11 (2) 3, 2, 0, － (3) neither of these (4) both of these 22