中国化学奥林匹克竞赛试题解析(2006-2010)

作者简介

　　裴坚，北京大学化学与分子工程学院教授，教育 部长江学者特聘教授，国家杰出青年基金获得者，获北京市高等学校教学名师奖。从事有机高分子半导体材料研究，已发表200多篇学术论文。主讲有机化学与中级有机化学等课程，已编写《基础有机化学》《中级有机化学》等教材。 　　卞江，北京大学化学与分子工程学院副教授，中国化学会化学教育委员会委员，北京大学十佳教师。从事无机理论化学研究，主讲普通化学原理、中国大学先修课“大学化学”等课程，参与主编北大版《普通化学原理》等教材。

内容简介

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。本书最后的 元素周期表标出了具有反常电子排布的元素及其最外层电子排布，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最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，是决定电子能量的最主要因素，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： 从命题者角度对每一道试题从背景、分析与解答、评注、知识拓展等方面进行详解： 【背景】给出了出题知识点的来源，使读者对题目快速上手。 【分析与解答】采用引导、讨论的行文方式解析试题，帮助读者挖掘隐藏要点，理清解题思路，规避陷阱，顺利答题。 【评注】从命题者的角度出发，对出题思路、考查要点、难度设计、同学实战情况进行多维度分析。引导读者从更高视角审视试题，理解试题。 【知识拓展】利用丰富的补充案例拓展视野，深化思考，使读者在遇到类似题目时能够举一反三。