材料科学基础练习题答案.pdf

《材料科学基础》习题参考答案 第一章 原子结构与键合 ★考前复习范围 概念：4 个量子数、3 个准则、金属键、离子键、共价键 1 ．原子中一个电子的空间位置和能量可用哪四个量子数来决定？在多电子的原子中，核外电子的排布应遵循哪 些原则？ 答：1).主量子数 n＝1、2、3、4 （K、L、M、N）决定原子中电子能量以及与核的平均距离，即电子所处的量子 壳层。 2).轨道角量子数 l ＝0～(n-1),(s,p,d,f,g)给出电子在同一量子壳层内所处的能级。（亚层） i 3).磁量子数 m ，给出每个轨道角动量量子数的轨道数或能级数，每个 l 下的磁量子总数为 2 l+1。(能级) i i i 4). 自旋角量子数s =±1/2, 反映电子不同的自旋方向。（电子数） i Pauli 不相容原理：在同一个原子中没有四个量子数完全相同的电子。 能量最低原理：电子在原子中所处的状态，总是尽可能分布到能量最低的轨道上。 Hund 规则：电子分布到能量相同的等价轨道上时，总是尽先以自旋相同的方向，单独占据能量相同的 轨道。 2 ．在元素周期表中，同一周期或同一主族元素原子结构有什么共同特点？从左到右或从上到下元素结构有什么 区别？性质如何递变？ 答：同一周期元素具有相同原子核外电子层数，但从左到右，核电荷依次增多，原子半径逐渐减小，电离能增 加，失电子能力降低，得电子能力增加，金属性减弱，非金属性增强；同一主族元素核外电子数相同，但 从上到下，电子层数增多，原子半径增大，电离能降低，失电子能力增加，得电子能力降低，金属性增加， 非金属性降低。 3 ．何谓同位素？为什么元素的相对原子质量不总为正整数？ 答：在元素周期表中占据同一位置，尽管它们的质量不同，然它们的化学性质相同的物质称为同位素。由于各 同位素的含中子量不同（质子数相同），故具有不同含量同位素的元素总的相对原子质量不为正整数。 4 ．铬的原子序数为 24 ，它共有四种同位素：4.31%的 Cr 原子含有 26 个中子，83.76%含 28 个中子，9.55% 含有 29 个中子，且 2.38%含有 30 个中子。试求铬的相对原子质量。 解：（24+26）×4.31%+ （24+28）×83.76%+ （24+29）×9.55%+ （24+30）×2.38%=52.06 5 ．铜的原子序数为 29 ，相对原子质量为63.54 ，它共有两种同位素Cu63 和 Cu65 ，试求两种铜的同位素之含量 百分比。 解：设含有 24 个中子的同位素百分比为 ，则另一种百分比为1 − ( ) 63 + 65 1 − = 65.54 得 =73%，1 − =27%，即Cu63 的百分比为 73%，Cu65 百分比为 27%。 6 ．锡的原子序数为 50 ，除了4f 亚层之外其它内部电子亚层均已填满。试从原子结构角度来确定锡的价电子数。 2 2 6 2 6 10 2 6 10 2 2 解：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p 4d 5s 5p ; 锡的价电子数为 4 7 ．铂的原子序数为 78 ，它在5d 亚层中只有 9 个电子，并且在 5f 层中没有电子，问在 Pt 的 6s 亚层中有几个 电子？ 解：1s22s22p63s23p63d104s24p64d104f145s25p65d96s1; 2+8+18+32+17=77; 78-77=1。 8 ．已知某元素原子序数为 32 ，根据原子的电子结构知识，试指出它属于哪个周期？哪个族？并判断其金属性 强弱。 2 2 6 2 6 10 2 2 解：1s 2s 2p 3s 3p 3d 4s 4p ; 第四周期； ⅣA 族； 亚