无(2006-2010)中国化学奥林匹克竞赛试题解析

文摘 第20届 中国化学奥林匹克竞赛（初赛）试题解析 2006年9月10日 第1题 题目（4分） 2006年3月有人预言，未知超重元素第126号元素有可能与氟形成稳定的化合物。按元素周期系的已知规律，该元素应位于第 周期，它未填满电子的能级应是 ，在该能级上有 个电子，而这个能级总共可填充 个电子。 分析与解答 结构：原子结构 难度：★ 元素的反常电子排布也是化学竞赛的考点之一，请同学们注意。本书*后的 元素周期表标出了具有反常电子排布的元素及其*外层电子排布，供同学们参考。 这些反常的电子排布有什么相似之处？请同学们思考。 本题考查同学们对于元素周期表以及原子*外层电子排布规律的掌握，本质上是考察能级排布与电子填充规律，核外电子的运动状态是由量子力学解出的四个量子数决定的。四个量子数意义与它们之间的关系为： 主量子数 (principal quantum number, n) 主要描述轨道的径向分布，决定电子层数，是决定电子能量的*主要因素，主量子数的取值为正整数，分别对应K、L、M、N、O、P能层，同时n??1决定了轨道的节面数： n = 1, 2, 3, … 角量子数 (angular quantum number, l) 决定同一电子层中具有不同能量的分层，分别对应s、p、d、f轨道。角量子数l与磁量子数m共同描述原子轨道角度分布，决定了轨道的形状： l = 0, 1, 2, …, n??1 磁量子数 (magnetic quantum number, m) 决定角动量在空间的给定方向上的分量大小，即决定原子轨道在空间的伸展方向： m = 0, ±1, ±2, …, ±l 自旋磁量子数 (spin quantum number, ms) 描述电子自旋，电子的自旋状态有两种取向。因此考虑电子自旋配对填充，s、p、d、f、g亚层分别可以填充2、6、10、14个电子： ms = ±1/2 在单电子原子中，轨道能量由主量子数决定： Slater根据光谱实验数据提出Slater规则用于近似计算屏蔽常数σ。 但在多电子原子中，电子之间存在排斥作用，相当于电子所受的核电荷数变小，由此我们引入屏蔽常数 (screening constant, σ) 来表示核电荷数被抵消的部分，即屏蔽效应。此时轨道能量不再只由主量子数n决定，也因角量子数l的不同而能级分裂，还会出现能级交错的情况。由此电子的填充顺序为：