第一章

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玮阮
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1 專題討論 2 原子結構與元素週期表 2-1 原子的發展簡史一原子的發展簡史 : 年代科學家實驗或學說備註 1774 拉瓦節質量守恆定律 1799 普勞斯特定比定律 1804 道耳頓倍比定律 1808 道耳頓原子說原子學說無法, 須用亞 1808 給呂薩克氣體反應定律佛加厥定律才可解釋 1811 亞佛加厥分子說與亞佛加厥定律氣體化合體積定律 1832 法拉第電解定律電是不連續的粒子, 有其最小單位 1897 湯木生陰極射線發現電子 ( 提出西瓜原子模型 ) 1909 米立坎油滴實驗求出電子帶電量 1911 拉塞福 α 粒子散射實驗發現原子核 ( 提出行星原子模型 ) 1912 湯木生質譜儀實驗發現同位素 1913 莫色勒原子靶體發射的 x 射線建立原子序 1919 拉塞福 N He O 1 H 發現質子查兌克 Be He C n 發現中子 1935 湯川秀樹介子理論二陰極射線實驗 : (1) 實驗方法 S +

2 (2) 陰極射線為一束高速電子流, 具有下列特性 : 1 射線由陰極射至陽極 2 直線進行被阻擋時可形成陰影 3 打在小風車時, 小風車會轉動 4 於磁場或電場下產生偏轉, 且由偏折方向得知其帶負電 (3) 荷質比的測定 : e 湯木生由此實驗推得電子荷質比 m 庫侖 / 公斤 2 陰極射線的三油滴實驗 : (1) 實驗方法 e m 值為定值, 與放電管中的氣體種類無關 (2) 作數千次實驗, 油滴電荷皆為庫侖的整數倍 (3) 由湯木生及米立坎的實驗可推得電子的質量 m e e m 四 α 粒子散射實驗 : (1) 裝置如下圖, 來自放射性元素的 α 粒子經金箔的散射後, 擊中螢光幕所發出的螢光, 可觀察其散射的情形 Kg

3 (2) 結果 : 絕大多數的 α 粒子穿透穿透金屬而無偏折, 極少數有偏角, 有些竟達 180 (3) 拉塞福散射實驗得到下列結論 : a) 原子為一直徑 10-8 cm 的球體, 其中心為原子核, 直徑約為 ~10-13 cm 即核直徑 : 原子直徑 =1:10 4 ~10 5 b) 核電荷愈大 α 粒子之散射角愈大 c) 原子核只佔據極小空間, 卻佔有原子大部分的質量原子核外空間為電子佔有, 故大部分 α 粒子可穿透過五質譜儀 : (1) 實驗原理 : 以電子束撞擊氣態分子或原子而得正離子當向負極加速的正離子進入磁場, 則循弧線前進, 質量大的曲率半徑大, 電荷大的曲率半徑小即半徑 r 與質量 m 平方根成正比 ; 半徑 r 與正離子帶電量 Q 平方根成反比 : r m Q m ne (2) 應用 : 利用照相底片的感光程度可知各原子的同位素質量與含量百分率, 進一步計算原子的平均原子量六莫色勒建立原子序 : (1) 實驗 : 以高能量陰極射線撞擊在一靶體上時, 就產生 X 射線, 不同元素做為靶體則得不同波長的 X 射線 (2) 發現 : 莫色勒發現各原子所發射的 x 射線波長 (λ) 與原子序 (Z) 形成以下關係, 於是建立原子序的概念 1 ( Z b)

4 精選範例範例 1 有關原子及原子核之實驗或理論何者錯誤? (A) 拉塞福以中子做散射實驗確定核原子之原子模型 (B) 湯川秀樹提出介子理論解釋了核作用力 (C) 查兌克用 α 射線撞擊鈹原子, 獲得中子 (D) 莫斯利測量各元素原子激發後所放射之 X 射線光譜, 確立原子序之觀念答 :A 範例 2 某元素之單原子離子 M +n 之荷質比為 A coul/g, 若亞佛加厥常數以 N 0 表示, 電子電荷以 e 表示, 則此元素之原子量之正確計算式為 : 答 :C 範例 3 由密立坎油滴實驗中, 觀察到的油滴電量有下列五種 : 若另一油滴之電量為答 :8 個電子, 則其最少附有多少個電子? 範例 4 + M 2 在質譜儀形成 Q/M 值依次為 4825,4595,4386 之質譜, 其強度 1:8:16, 求 M 之原子量答 :10.8

5 2-2 原子的構造 ( 一 ) 原子的結構 : 電子質子中子發現年代符號 e - ( 0 1e ) P( 1 1 H ) n( 1 0 n ) 質量公斤公斤公斤 amu amu amu 電荷量庫侖庫侖不帶電荷發現者湯木生拉塞福查兌克 ( 二 ) 原子的表示與同位素 (1) 原子 ( 離子 ) 表示法 X: 原子名 A z X Z: 原子序 = 質子數 A: 質量數 = 質子數 + 中子數 n±: 離子帶電量 1 原子的特性由質子數 ( 即原子序 ) 決定化學性質, 原子序相同者, 具有相同的化學性質 2 對於電中性原子而言, 其電子數 = 質子數 3 對於離子而言, 失去電子帶正電 ; 得到電子帶負電 (2) 同位素 n 1 原子序相同而質量數不同, 在週期表中佔同一位置的元素稱之 2 自然界的元素大多數有同位素的存在, 但含量比不同故各元素之原子量皆為其平均原子量 : 若某元素 X 在自然界有 X 1,X 2,X 3 等同位素, 各同位素之含量為 X 1 %,X 2 %,X 3 % 各同位素之原子量若為 A 1,A 2,A 3 則平均原子量 : M = A 1 X 1 % + A 2 X 2 % + A 3 X 3 % ( 其中 X 1 %+X 2 %+X 3 %+ =1) 3 同位素比較 : 同 : 原子序質子數電子數電子組態化學性質異 : 質量數中子數原子量物理性質 ( 沸點 ) 核安定性

6 精選範例範例 1 (1) M 2+ 離子具有 23 個電子則下列何者為質量數 55 的 M 原子的中子數? (A)22 (B)25 (C)28 (D)30 (E)32 個 (2) 下列原子或離子中, 電子數與質子數相同者為 (A) C (B) 8O (C) 12 Mg (D) 17 Cl (E) 16 S 答 :(1)D (2)A 範例 2 已知某離子 XO 莫耳中共含有電子個, 則 X 的原子序為 (A)12 (B)14 (C)16 (D)18 (E)20 答 :C 範例 3 下列對同位素之敘述何者正確? (A) 質子數相等, 中子數不等, 化性不同 (B) 質子數相等, 中子數不等, 化性相同 (C) 質子數與中子數均相等, 電子數不等, 化性亦不同 (D) 質子數不等, 中子數與價電子數相等, 化學性質相同答 :B 範例 4 某金屬之密度為 1.5 克 / 立方公分, 其原子半徑為公尺, 其原子核半徑為公尺則構成該原子核的物質之密度 ( 單位為克 / 立方公分 ) 大約為 : 85 日大 (A) (B) 1.5 (C) (D) 答 :D

7 2-3 原子的能階軌域與電子組態 ( 一 ) 電磁輻射與光能 1. c=λ ν c: 光速 λ: 波長 ν: 頻率 2. 蒲郎克提出質點運動中能量是非連續性的, 最小單位稱為量子 c E=hν= h c: 光速 λ: 波長 ν: 頻率 ( 二 ) 氫原子光譜 1. 特性 : (1) 僅含某些特定頻率 (2) 主要有二群, 分在可見光區與紫外光區 (3) 各群隨頻率之增加, 間隔有規律地減少 (4) 可見光區各線條之頻率, 恰為紫外光區中各對應頻率與基線頻率的差 2. 表示法 : 雷德堡 (Rydberg s) 方程式 1 1 R ( ) 2 2 n l n n n : 低能態 n n : 高能態 R: 雷德堡常數 s 氫原子光譜系列 : 輻射波名稱無線電波 (1) 來曼系列 :n =1,n n =2,3,4, 即回到 n=1 所觀察到的光譜, 均位於紫外光區 (2) 巴耳麥系列 :n =2,n n =3,4,5, 位於紫外光區及可見光區 (3) 帕申系列 :n =3,n n =4,5,6, 位於 ( 近 ) 紅外光區波長範圍數米以上微波數毫米至數米紅外線波可見光紫外光 x 射線 γ 射線 750 nm~0.1 cm 400 nm~750 nm 10 nm~400 nm 0.01 nm~50 nm 小於 0.5 nm 4. 波耳的原子模型只能解釋氫原子 (1) 氫原子的電子, 只能在離開原子核一定距離的軌道做圓周運動電子在軌道上運動時具有一定的能量, 這些能量的高低以能階 (energy level) 表示, 從原子核向外分別以 n= 等量子數表之 (2) 氫原子在正常狀態時, 其原子核外電子在最低的能階 ( 即 n=l), 這電子的能量在最低能量的狀態, 稱為基態當此原子吸收外來的能量時, 電子能夠躍遷至較高能階 ( 即 n=2 3 4 ), 這時原子稱為在激發態 (3) 激發態原子的電子, 從較高能階回到較低能階時, 可放出一定量的能量, 這放出的能量以光的方式放出時, 可產生不連續的線光譜

8 (4) 波耳導出電子氫原子的電子在各軌道所具能量 : ( E n = J/ 光子或 E 2 n = KJ/mol 2 n ) ( n 3 ) ( 三 ) 量子力學的原子模型 1. 量子力學以電子之波動性駐波的觀念, 來描述電子在空間的機率分布, 電子不以固定軌道繞原子核做圓周運動, 而是以三度空間, 在原子核附近空間快速運動, 實際運動軌跡不能測定, 但能預測最可能出現電子之空間 2. 軌域 : 在原子核附近, 電子出現的機率較大之區域 ( 或空間 ) 稱為軌域化學家通常將含有電子雲 90%~95% 機率之區域代表原子之軌域 ( 四 ) 軌域與量子數 n m : 1. 主量子數 n:n=1 2 3 (1) n 決定電子能量之大小軌域範圍, 或電子離原子核之遠近 ( 平均距離之大小 ) (2) n 決定原子中電子之能量主層,n 越大, 電子的能量越大, 軌域範圍越大, 離原子核越遠 n=1 為第一主層 (K),n=2 為第二主層 (L) 2. 角量子數 : =0 1 2 (n-1)( 共 n 個 ) (1) 又稱副層量子數, 每一電子能量主層可能分成幾組 ( 組數與 n 相同 ), 每一種不同能量之副層具有不同之形狀, 即有數種之軌域 (2) 決定軌域形狀或軌域之種類即有多少個之數值, 就有多少種軌域 3. 磁量子數 m :m =0 ±1 ±2 ±3 ±l( 共 2 +1 個 ) (1) m 又稱軌域量子數 (2) m 表示軌域方向, 或副層之軌域數目同一副層之軌域形狀相同, 但空間方向不同, 有多少個 m 值, 就表示此副層中有多少個軌域

3. d 軌域 :( =2) (1) n 在 3 以上時, 每一主層中, 有 5 個 d 軌域 (2) d 軌域有方向性 4.

9 ( 五 ) 軌域的形狀與特性 1. s 軌域 :( =0) (1) 每一個主層都有 1 個 s 軌域 (2) s 軌域之電子在原子核的周圍以對稱的球狀方式分布, 不具方向性 2. p 軌域 :( =1) (1) n 在 2 以上時, 每一個主層有 3 個 p 軌域 (2) p 軌域的電子, 在 x y z 三個互相垂直的軸, 呈啞鈴形的分布, 依次稱為 p x p y p z,p 軌域有方向性, 在原子核找到電子之機率為零 3. d 軌域 :( =2) (1) n 在 3 以上時, 每一主層中, 有 5 個 d 軌域 (2) d 軌域有方向性 4. f 軌域 :( =3) (1) n 在 4 以上時, 每一主層中, 有 7 個 f 軌域 (2) f 軌域有方向性 ( 六 ) 旋量子數 1. 電子在軌域中快速運動, 亦繞著本身的軸自轉, 我們用 m s ( 或 s) 來表示此旋量子數, 其值為+ 2 1 與- 2 1 兩種, 分別表示電子之兩種不同自轉狀態 2. 要完全描述一個原子中之電子的狀態, 需要說明其原子軌域與自轉的方式, 即總共需要 4 個量子數 :n m 與 m s

10 ( 七 ) 原子之電子組態 1. 單電子原子之能階 : 能階高低以主量子數 n 決定能階高低 : 1s<2s=2p<3s=3p=3d<4s=4p=4d=4f 2. 多電子原子之能階 : 能階高低, 由 n+ 決定,n+ 值較大者能階較高, n+ 等值時, 以 n 值較大者能階較高如右圖所示 3. 電子組態 : 原子中的電子排列方式稱為該原子的電子組態電子組態 ( 基態 ) 遵循之三原則 : (1) 構築原理 : 電子由較低能階到較高能階的順序進入軌域 (2) 庖立不相容原理 : 同一軌域內的兩個電子自轉方向必相反 (3) 罕德定則 : 數個電子要進入同能階的同型軌域 ( 如 2p x 2p y 2p z ) 時電子分別進入不同方位的軌域而不成對, 等各軌域均有一個電子時, 才允許自轉方向相反之電子進入而成對 4. 基態與激發態之電子組態 : (1) 違反庖立不相容原理之電子組態不存在 (2) 基態原子之電子組態不能違反構築原理與罕德定則, 否則就是激發態 5. 離子之電子組態 : (1) 陽離子 : 原子失去外層電子,n 最高者先失去, 若 n 相同, 則再將較高者移去陰離子 : 由原子之軌域按規律性, 繼續填入電子, 則形成陰離子 (2) 寫法 : 先完成中性狀態的電子組態, 再將得失的電子移入或移出即可 (3) A 族元素之原子或離子有相同電子數時, 必有相同之電子組態 ( 八 ) 價電子組態 : 原子最外層的電子, 稱為價電子元素的價電子可決定該元素的化學性質及原子價 ( 若元素的價電子數相等, 則化學性質就會相似 ) 典型元素的價電子組態如下圖

11 精選範例範例 1 在氫原子光譜中, 來曼系與巴耳麥系之能量最低的二條光譜線, 其波長比為 : (A)1:4 (B)5:36 (C)5:27 (D)1:3 答 :C 範例 2 在氫原子光譜中, 電子由 n=5 降至 n=1 之過程中, (1) 共有幾種頻率的光? (2)Lyman 系有幾條? 紅外光區有幾條? (3) 波長最長是由何能階降至何能階? 答 :(1)10 (2)4,3 (3)n=5 n=4 範例 3 原子軌域, 主層與副層及電子數分別如下 : 主層 (n) 副層 s s,p s,p,d s,p,d,f s,p,d,f,g 最多容納電子數 ? (1) 主層 n 為多少以後, 才出現 d 軌域? (2) 主層 n 與最多容納之電子數有什麼數學關係式存在? (3) 主層 n=5 時, 最多容納幾個電子? (4)g 軌域可容納幾個電子? 答 :(1)3 (2)2n 2 (3)50 (4)18

12 範例 4 下列對多電子原子之電子填入的原則何者正確? (A) 多電子原子之電子填入軌域時, 對同一 n 值可任意填入 (B) 每一軌域最多只能填入 2 個自旋方向相反的電子 (C)N 原子的 2p 軌域有 3 個電子填入方式 2p 1 x 2p 1 y 2p 1 z 稱為洪德規則 (D) 由庖利不相容原理知每一軌域至多只能填入 1 個電子 (E) 多電子原子之電子填入時要遵循亨利定律, 查理定律及洪德規則三大原理答 :BC 範例 5 第一列過渡元素 3d 軌域全部半填滿之元素為 (A)Cr,Cu (B)Cr,Mn (C)V,Cr (D)Cu,Zn 答 :B 範例 6 下列各組物種中, 何組的各物種電子組態完全相同? (A)O 2- F - Ne Mg 2+ (B)F - Na Mg 2+ Al 3+ (C)Cl - Ar K + Ca 2+ (D)Cl - O 2- Na + Mg 2+ (E)P 3+ S 2- Cl - Ar 答 :AC

13 2-4 原子的性質一原子及離子半徑 1. 影響原子半徑之主要因素 : 主量子數 n 核電荷核外電子數 (1) A 族元素同族元素, 原子序愈大,n 愈大原子半徑增大如 :I > Br > Cl > F,Cs > Rb > K > Na > Li 同週期 ( 同列 ) 元素, 其原子半徑隨原子序的增大而減少如 :Li > Be > B > C > N > O > F (2) B 族元素半徑相差不大 2. 離子半徑 : 同一元素的陽離子半徑 < 原子半徑 < 陰離子半徑如 :Cl + < Cl < Cl F < F - 同一元素之離子, 其電子數愈多, 半徑愈大如 :Fe 2+ > Fe 3+ Cr 2+ > Cr 3+ 週期表同行元素的離子 ( 核電荷數相等 ), 其原子序愈大者, 離子半徑愈大如 :Li + < Na + < K + < Rb + < Cs + 週期表同週期元素的離子 ( 核外電子數相等 ):Ca 2+ < K + < Ar < Cl < S 2 (1) 陽離子之電荷數愈多, 其半徑愈小如 :Al 3+ < Mg 2+ < Na + (2) 陰離子之電荷數愈多, 其半徑愈大如 :F - < O 2- < N 3- 二游離能 (IE) (1) 定義 : 由氣態原子移去束縛最鬆之電子所需的能量 M (g) + 游離能 M + (g) + e - (2) 影響游離能之因素 1 核電荷數 : 核電荷大, 對電子引力強, 故游離能高 2 主量子數 :e - 於較高之主量子數殼層上需較少之游離能 Na>K 3 遮蔽效應 : 原子內層電子雲減少了核的正電荷, 使外層電子所受核之吸力減少, 游離能減少 4 電子組態 : (A) 激發態之電子較基態電子易游離 (B) 同能階之軌域半填滿或全填滿, 游離電子所需之游離能則較高

14 (3) 游離能的規律性 1 同族元素, 原子序愈大, 游離能愈小 2 同列元素, 原子序愈大, 第一游離能愈高, 但 ⅡA (ns 2 )>ⅢA(ns 2 np 1 );ⅤA(ns 2 np 3 ) >ⅥA(ns 2 np 4 ) 3 元素第一游離能 (E 1 ) 最大為 He, 最小為鍅 ( 自然界中最小者為銫 ) (4) 游離能與價電子 1 游離能突然升高前的電子數為價電子數 Li:E 1 =520 kj/mol E 2 =7297 kj/mol, 價電子數 =1 2 ⅡA 之 E 1 :E 2 =1:2 ;ⅢA 之 E 1 :E 2 :E 3 =1: 3:5 3 E 之比較特殊情況 Cl - >F - ;F + >F>F - 三電子親和力 (EA) (1) 舊定義 : 一中性氣體原子吸引一個電子, 成帶負電的離子時的能量變化 A (g) +e A (g) (2) 電子親和力之特性 1 對大部分的中性原子及所有的陽離子而言, 當加入一個電子時, 一般是放出能量的過程, 因此電子親和力是以負值表示 2 有些中性原子及陰離子之電子親和力呈正值如 ⅡA 族及 ⅧA 族及 N 元素 3 電子親和力的絕對值永遠小於游離能 4 鹵族具有最大的電子親和力, 且 Cl>F>Br>I 5 M 之電子親力和 M 之游離能同值異號和 M 之游離能無關 6 各原子之第二電子親和力均為吸熱四電負度 (EN) (1) 庖林根據化學鍵強度導出電負度標氟原子的電負度最大, 定為 4 其他元素原子的電負度與氟為 4 之比較值電負度值愈大, 原子對共用電子的吸引力愈大 (2) 電負度之特性 1 電負度為原子在鍵上與另一個原子競奪電子之能力, 為一種相對值 2 H 為 2.1, 故可用電負度 2.1 來區別金屬與非金屬 3 同族 :EN 隨原子序增大而減小同列 :EN 隨原子序增大而增大 4 預測鍵型 (A) 鍵兩端之元素 EN 相差 1.9 以上則為離子鍵 (B) 鍵兩端之元素 EN 相差 1.9 以下則為共價鍵若 EN 差愈大則極性愈強, 為極性共價鍵 (C)H 和 N O F 結合時形成氫鍵

15 精選範例範例 1 兩中性原子之電子組態分別為 M:1s 2 2s 2 2p 6 3s 1,N:1s 2 2s 2 2p 6 4s 1, 試問下列敘述哪些正確? (A) M 為鈉原子 (B) M 和 N 代表兩種不同的原子 (C) 將 M 變成 N 須經化學變化或核反應 (D) 將 M 變成 N 需吸收能量 (E) 由 M 移去一個電子所需的能量比由 N 移去一個電子所需之能量為大答 :ADE 範例 2 某元素其第一二三四游離能分別為 E 1 =496 kj mol,e 2 =4563 kj mol,e 3 =6913 kj mol,e 4 =9541 kj mol, 則下列敘述何者正確? (A) 此元素的價電子組態為 ns 1 (B) 此元素為鹼土金屬 (C) 此元素之氧化物溶於水呈酸性 (D) 此元素為極強之氧化劑答 :A 範例 3 設有三元素 X Y Z, 其電子組態及第一第二第三游離能之代表符號列於下表中, 則各游離能之數值大小關係, 何者為正確? (A) E 1 (X)>E 2 (X) (B) E 1 (Y)>E 1 (X) (C) E 2 (Y)>E 2 (X) (D) E 3 (X)>E 3 (Z) (E)E 2 (X)>E 2 (Z) 元素電子組態第一游離能第二游離能第三游離能 X 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 E 1 (X) E 2 (X) E 3 (X) Y 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 E 1 (Y) E 2 (Y) E 3 (Y) Z 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 1 E 1 (Z) E 2 (Z) E 3 (Z) 答 :BDE

16 2-5 元素週期表與週期性 ( 一 ) 週期表分類 1. 門德列夫週期表按原子量大小排列, 現代之週期表採依原子序排列 2. 在週期表中直行叫族或屬共分 18 族 ( 或 8 族, 每族又分 A B 兩族 ) 橫排叫列或週期共分七週期, 氫自成一族 (1) 橫排 1 第一週期 2 個元素第二週期 8 個元素第三週期 8 個元素第四週期 18 個元素第五週期 18 個元素第六週期 32 個元素第七週期理論上有 32 個元素 (2) 縱行 A 族 ⅠA ⅡA ⅢA ⅣA ⅤA ⅥA ⅦA ⅧA 鹼金族鹼土族硼族碳族氮族氧族鹵素族零族 (3) 依電子組態分類 1 典型元素 ⅠA ⅡA ⅦA 2 惰性氣體 ( 稀有氣體鈍氣零族元素高貴氣體 ) He Ne Ar Kr Xe Rn 除氦 He 1s 2 外均為 ns 2 np 6 3 過渡元素 ⅢB ⅣB ⅤB ⅥB ⅦB ⅧB ⅠB ⅡB 鑭系元素第六週期電子填入 4f 軌域錒系元素第七週期電子填入 5f 軌域 (4) 依金屬性分類 1 金屬元素位於階梯虛線左方非金屬元素位於階梯虛線右方 2 類金屬元素 B Si Ge As Sb Te At 3 兩性金屬元素 Al Be Zn Pb Cr Sn ( 二 ) 週期表中各元素之特性

17 精選範例範例 1 元素 X 的電子組態為 [ 36 Kr]4d 10 5s 2 5p 2, 則此元素 (A) 與碳在同一族 (B) 位於週期表的第四列 (C) 為一過渡元素 (D) 可與氯結合成 XCl 4 的分子 (E) 每個原子中有 50 個質子答 :ADE 範例 2 附表是元素週期表的一部分 : 自表中所示, 選出適合於下列各題的元素, 需以化學符號作答 : (1) 容易形成二價負離子, 其電子組態與 Ar 的電子組態相同的元素符號為何? (2) 主量子數 n=3 而有二個價電子的元素符號為何? (3) 在常溫常壓下為液體的鹵素, 其元素符號為何? (4) 電子組態為 [Ar 電子殼 ]3d 10 4s 1 的元素符號為何? (5) 元素與元素, 何者為非金屬? 寫出其元素符號 (6) 第三列元素中, 何元素其氫化物的水溶液呈弱酸性? 寫出其元素符號 (7) 第三列元素中, 形成兩性氫氧化物的元素符號為何? (8) 第二列元素中, 其氫化物有一對未共用電子對的元素符號為何? 答 :(1) S (2) Mg (3) Br (4) Cu (5) P (6) S (7) Al (8) N 範例 4 就週期表的排列, 可將元素分類為主族過渡及內過渡等元素, 下列各相關敘述何者正確? (A) 鈍氣是屬於主族元素 (B) 主族元素是最外層軌域 ns np 未填滿或剛填滿 (C) 過渡元素是最外層軌域 ns 填滿後, 正在填 (N-1)d 或剛填滿 (D) 類金屬是屬於過渡元素 (E) 過渡元素均為金屬答 :ABCE

一單一選擇題 ( )1. 氯有兩種同位素, 其質量數為 35 和 37, 而氯的原子量為 35.5, 試問下列何者不為氯分子的質譜線? (A) 70 (B) 71 (C) 72 (D) 74 ( )2. 碳的原子量為 12.01, 已知碳的同位素有 12 C 13 C 及極微量的 14 C 試問下列哪一選項為 12 C 與 13 C 在自然界中的含量比例?

18 一單一選擇題 ( )1. 氯有兩種同位素, 其質量數為 35 和 37, 而氯的原子量為 35.5, 試問下列何者不為氯分子的質譜線? (A) 70 (B) 71 (C) 72 (D) 74 ( )2. 碳的原子量為 12.01, 已知碳的同位素有 12 C 13 C 及極微量的 14 C 試問下列哪一選項為 12 C 與 13 C 在自然界中的含量比例? 99 指考 (A)1:1 (B)9:1 (C)49:1 (D)99:1 (E)199:1 58 ( )3. 下列有關某元素 28 X 的敘述, 何者正確? 100 指考 (A) 質子數為 30 (B) 價層電子數為 8 (C) 核心電子組態為 [Ne] (D) 為第二列元素 (E) 其在化合物中最常見的氧化數為 +2 ( )4. 在氫原子中, 電子經由下列能階躍遷, 何者放出的能量最高? (A) n=5 n=2 (B) n=4 n=1 (C) n=6 n=3 (D) n=7 n=4 ( )5. 下列有關波耳電子結構理論的敘述, 何者錯誤? (A) 電子在軌道上運動時具有一定的能量 (B) 電子在 n=0 的軌道時, 所具有的能量最小 (C) 電子吸收能量躍遷至較高能階的狀態叫作激發態 (D) 電子從較高能階回到較低能階時放出能量 ( )6. 碳與某元素 X 所形成的 CX n 分子中, 各原子的電子總數為 74, 而價殼層電子 ( 最外層電子 ) 總數為 32, 則 n 等於下列的哪一數值? 101 指考 (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5 ( )7. 下列有關元素與週期表的敘述, 何者正確? (A) 溴離子與惰性氣體氬的電子組態相同 (B) 同位素的中子數相同, 所以化學反應性相同 (C) 週期表中, 原子序 24 和 42 的元素屬於同一族 (D) 現今通用週期表中的元素, 是依據原子量由小至大排列 ( )8. 如下圖所示, 映像管中陰極射線從燈絲 F 出發, 經加速電壓 V p 加速後, 受兩金屬板 A B 間靜電場的偏折而射向螢光幕 S 則映像管內的氣壓應如何調整, 才能達到較佳的映像效果? (A) 增高管內氣壓, 提供較多的空氣分子, 以增多陰極射線的粒子數 (B) 減低管內氣壓, 以降低陰極射線與空氣分子的碰撞機會 (C) 增高管內氣壓, 提供較大的壓力, 以增強陰極射線的能量 (D) 調整管內氣壓, 不影響映像管的映像效果 ( )9. 氫原子之電子組態為 3s 1, 其游離能為 m kj/mol, 則當氫原子之電子組態由 5s 1 變為 2s 1 時, 所發出光的每莫耳光子所具有之能量為何? (A) m (B) 0.21m (C) 1.89m (D) 0.9m ( )10. 某元素 P, 經質譜儀測定得 P 3+ 之 e m 有 A 庫侖克及 B 庫侖克兩條紋線, 又測得紋

19 線的強度比, 前者 : 後者 =9:1, 則 P 之平均原子量為何?( 設電子之電量為 C 庫侖個,N A 為亞佛加厥數 ) (A) (C) (E) N A C 3 1 3N ( + ) (B) A 9 1 ( + ) 9 A B 10C A B 3N A C 1 9 N ( + ) (D) A 1 9 ( + ) 10 A B 10C A B 3N A C 3 1 ( + ) 10 A B ( )11. 在只有一個電子之原子或離子中, 其光譜線符合下列式子 : =Z R H ( 2-2 )( 為波數,Z 為原子序,R H 為常數,n 1 n 2 為主量子數 ) 若 n 1 n 2 已知氫原子的游離能為 13.6 ev, 則氦離子 (He + ) 游離能為下列何者? (A) 3.4 ev (B) 6.8 ev (C) 27.2 ev (D) 54.4 ev ( )12. 鈉鎂及鋁三種物質的第 n 游離能分別為及 kcal/mol 試問 n 為何? (A) 一 (B) 二 (C) 三 (D) 四 (E) 五 94 指考 ( )13. 原子的電子組態中, 若一軌域僅含一個電子, 則此原子具有一個未成對電子試問氮原子於基態時, 其未成對電子數和下列何者相同? (A) 硼 (B) 碳 (C) 釩 (D) 鈦 (E) 鎳 ( )14. 下列何者是鹼土金屬原子的基態電子組態? 95 指考 (A) 1s 2 2s 2 2p 5 (B) 1s 2 2s 2 2p 6 (C) 1s 2 2s 1 2p 6 3s 1 (D) 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 (E) 1s 2 2s 2 2p 5 3s 2 ( )15. 某 +2 價離子之原子核外電子的分布如下 :n=1 有 2 個電子,n=2 有 8 個電子,n =3 有 12 個電子 ; 則由該離子所形成之中性原子其基態電子組態中,3d 軌域含有多少個電子? (A) 0 (B) 1 (C) 4 (D) 5 ( )16. 表 1 為週期表的一部分, 試問下列有關該五種元素及其化合物性質的敘述, 哪一項正確? 101 指考 (A) As 屬於金屬元素 (B) 電負度最大者為 Ga (C) 第一游離能最小者為 B (D) 非金屬性質最強者為 P (E) 氫氧化鋁可溶於酸性溶液, 但不溶於鹼性溶液 ( )17. 下列哪一個金屬原子或離子的半徑最大? 98 指考 (A) Be (B) Mg 2+ (C) Zn 2+ (D) Mn (E) Ca ( )18. 下表為元素週期表的一部分, 甲至戊表元素符號, 其中甲的原子序為 13 試問下表中, 哪一個元素的原子半徑最小? 96 指考 (A) 甲 (B) 乙 (C) 丙 (D) 丁 (E) 戊 ( )19. 已知坊間所賣的光觸媒, 其主要成分是奈米級的二氧化鈦, 而其接受光 ( 吸收光 ) 之波長至少需低於 400 nm 吸收光能後的二氧化鈦具有相當強之氧化力, 可以直接 B Al Ga 表 1 P As

20 將吸附在物質表面之汙染物直接氧化, 使其分解, 或者將吸附於物質表面之水分子氧化為氫氧自由基 ( OH+H + +e - H 2 O,E 0 =2.79 V) 進而分解汙染物試問下列敘述何者正確? 92 指考 (A) OH 為強還原劑可以分解汙染物 (B) 奈米級的顆粒大小, 是比本土的蓬萊米略大 (C) 二氧化鈦的基態和激發態之能階差約為 3.1 ev (D) 光觸媒處理過的場所, 在黑暗中仍具有消毒效果 (E) 氫氧自由基中的氧原子之電子恰好是八隅體組態 ( )20. 下列有關第 17 族元素 ( 鹵素 ) 的性質中, 哪一個隨原子序之增大而降低或變小? 99 指考 (A) 原子半徑 (B) 第一游離能 (C) 價電子數 (D) 電子親和力 (E) 沸點 ( )21. 原子的電子組態中, 若一軌域僅含一個電子, 則此原子具有一個未成對電子, 例如 : 氫原子有一個未成對電子試問氮氣原子於基態時, 其未成對電子數和下列何者相同? 93 指考 (A) 硼 (B) 碳 (C) 釩 (D) 鈦 (E) 鎳 ( )22. 氫分子解離時可形成氫原子, 氫原子中的部分能階如圖 ( 一 ) 所示, 圖 ( 二 ) 為氫原子被激發時所顯現的光譜試問圖 ( 二 ) 中的 nm 的譜線是經過下列何種能階躍遷所產生的? 100 指考 (A) n=4 n=1 (B) n=4 n=3 (C) n=3 n=2 (D) n=3 n=1 (E) n=2 n=1 圖 ( 一 ) 圖 ( 二 ) 二多重選擇題 ( )23. 下列有關電子和原子的敘述, 何者正確? (A) 由陰極射線的實驗結果推定電子為原子所含的基本粒子 (B) 由原子放射光譜譜線顯示出原子內電子能階不具連續性 (C) 湯姆森利用質譜儀測量各元素原子的質量數, 並發現元素的同位素 (D) 同一族中, 價電子之主量子數愈大, 原子之半徑也愈大 (E) 根據波耳原子理論, 電子由一能階轉移到另一距原子核較遠的能階時會釋放能量

21 ( )24. 下列有關原子的敘述, 何者正確? 91 指考 (A) 碳原子在基態時的電子組態, 有四個未成對電子 (B) 鉀原子的第一游離能比鈣原子的第一游離能低 (C) 硫的原子半徑比鋁的原子半徑小 (D) 氯原子的電負度比氟原子的電負度大 (E) 錳原子的 d 軌域中有五個電子 ( )25. 下列有關原子結構的敘述, 何者正確? (A) 同一族中, 價電子之主量子數愈大, 原子之半徑也愈大 (B) 角量子數為 1 時, 軌域的形狀是球形 (C) 對同一 n 值的各軌域其能量大小的順序是 :s<p<d<f (D) 根據包立不相容原理,6s 3 的電子組態不存在 (E) 鋁原子中, 三個 3p 軌域的能階相同 ( )26. 下列有關原子軌域的敘述, 何者正確? (A) 氫原子的 3s 軌域能量較 3p 軌域能量低 (B) 鋰原子的 2s 與 5s 軌域皆為球形分布 (C) 基態碳原子的 2p 軌域有兩個未成對電子 (D) 主殼層 n=4 的原子軌域最多可容納 14 個電子 (E) 相對於 1s 軌域,2s 軌域電子出現機率最大的地方離原子核較遠 ( )27. 下列各組物質中, 何組的各物質電子組態完全相同? (A) O 2- F - Ne Mg 2+ (B) F - Na Mg 2+ A1 3+ (C) Cl - O 2- Na + Mg 2+ (D) Cl - Ar K + Ca 2+ (E) P 3+ S 2- Cl - Ar ( )28. 有關第一列過渡元素 ( 原子序 21 至 30) 性質的敘述, 何者正確? (A) 都是金屬 (B) 都能和稀鹽酸反應產生氫氣 (C) 都有兩種以上不同氧化數之穩定化合物 (D) 其 4s 軌域皆有電子 (E) 比重都比水大 ( )29. 根據目前所普遍被接受的週期表來預測尚未發現的超鈾元素, 則有關週期表第七列最右邊一個元素的敘述, 何者正確? (A) 其性質與鈾相似 (B) 其價電子的電子組態應為 7s 2 7p 6 (C) 應屬不具放射性的惰性氣體 (D) 中性原子的電子數為 116 (E) 其 +2 價離子的質子數為 118 ( )30. 元素週期表係依原子序大小排列, 下列敘述何者正確? (A) 鹵族元素, 其電負度由上而下漸減 (B) 第三週期元素的原子半徑由左至右漸減 (C) 相同元素的原子, 每一個原子的質量數皆相同 (D) 同一週期的元素, 其第一游離能, 後一個元素的值一定大於前一個元素的值 (E) 同一週期的元素, 一個中性氣態原子獲得一個電子所釋出的能量, 以鹵族元素最大 ( )31. 下列有關鹼金屬族元素的性質, 哪些隨原子序的增大而漸增? (A) 原子量 (B) 原子半徑 (C) 離子半徑 (D) 熔點 (E) 第一游離能 94 指考 ( )32. 今年 ( 西元 2011 年 3 月 11 日 ) 在日本東北地區發生芮氏規模 9.0 大地震, 並引發大海嘯, 導致福島核電廠受損, 放射性物質碘 -131 外洩碘 -131 放射強度的半衰期為 8 天試問下列有關碘 -131 的敘述, 哪些正確? 100 指考 (A) 碘 -131 在人體內, 最容易累積在肺部 (B) 碘 -131 的原子核內, 中子數比質子數多出 25 個 (C) 在化合物中的碘 -131, 加硝酸銀溶液使其產生沉澱, 就可消除其放射性 (D) 碘 -131 經 80 天後, 其放射性強度就減弱約為原來的千分之一 (E) 含有碘 -131 的氣體化合物, 若不考慮氣流等影響, 則該氣體分布範圍由 1 公里擴散至 10 公里時, 其平均濃度會減成約為千分之一 ( )33. 元素週期表係依原子序大小排列, 下列敘述何者正確? 93 指考 (A) 鹵族元素, 其電負度由上而下漸減 (B) 第三週期元素的原子半徑由左至右漸減

22 (C) 相同元素的原子, 每一個原子的質量數皆相同 (D) 同一週期的元素, 其第一游離能, 後一個元素的值一定大於前一個元素的值 (E) 同一週期的元素, 一個中性氣態原子獲得一個電子所釋出的能量, 以鹵族元素最大 ( )34. 為紀念居里夫人發現鐳 (Ra) 元素, 並獲諾貝爾化學獎 100 週年, 訂定 2011 年為國際化學年鐳屬於鹼土元素下列有關鐳的敘述, 哪些正確? 100 指考 (A) 鐳的價電子層為 7s 2 組態 (B) 鐳是製造雷射元件的材料之一 (C) 鐳具有放射性是因其第一游離能極低 (D) 鐳的碳酸鹽難溶於水 (E) 鐳的氯化物之化學式為 RaCl ( )35. 下列有關元素性質的敘述, 哪些正確? 97 指考 (A) 同一原子的游離能和電子親和力的大小相同, 僅符號相反 (B) 第 2 週期原子的電子親和力中, 以氟所釋出的能量最大 (C) 第 3 週期原子的半徑大小隨原子序的增加而增大 (D) 氟原子的電子親和力絕對值大於其游離能 (E) 一般而言, 金屬原子的電負度小於非金屬原子的電負度三非選題 1. 假定以小寫的英文字母不依字母順序, 分別代表部分週期表中的二十六個元素, 例如 :s o f t 分別代表氫鋰鈉鉀 ;l a z y 分別代表氦氖氬氪, 如下表試根據下面的提示, 回答下列問題 : 提示 1 : 元素 c e f g k m x z 屬於同一週期提示 2 : 元素 d i n p r t w y 屬於同一週期提示 3 : 元素 a j l m q s u y z 的中文名字均含气提示 4 : 元素 b d e h n k x 的中文名字均含石提示 5 : 含元素 b 的一族, 在上表中有兩個金屬元素, 其右邊的一族含元素 e h i 提示 6 : 地殼中存量最豐的幾種元素含量多寡的順序是 :u>e>g 提示 7 : 元素 c v w 屬於全是金屬的一族提示 8 :u x 與 s 形成的化合物分別是 s 2 u 及 xs 3 提示 9 : 可以有最大氧化數的一族元素含 m p q 提示 10: 常溫下液體的元素是 p 提示 11: 元素 c f o t w 的氧化物, 其水溶液均呈強鹼性提示 12: 元素 b e i n 是類金屬 (1) 矽 (2) 氮 (3) 鎵 (4) 溴 (5) 硫 (6) 鈉

23 2. 使氯分子解離成氯原子所需的能量 ( 即鍵能 ) 為 243 kj/mol 要使甲烷和氯發生化學變化所應照射的光之最大波長為多少 nm? 3. 有 10 種未知物質, 分別用代號甲乙丙丁戊己庚辛壬癸來表示已知下列事項 : ( 一 ) 甲乙丙丁戊均為元素物質 ( 只由一種元素所組成的物質 ), 而且其元素均為週期表上第 1 至第 3 週期的非金屬元素, 而癸己庚辛壬均係由上述 5 種元素所構成的兩元素化合物 ( 二 ) 在常溫常壓下, 甲與乙為固體 ; 癸為液體, 其餘均為氣體 ( 三 ) 癸是日常生活中不可或缺, 而且用量最大的化合物 ( 四 ) 甲的原子序小於乙的原子序, 而其比為 3:8 ( 五 ) 構成庚的兩種原子的質子數比為 3:4, 而庚為無色無味的有毒氣體, 常見於關閉門窗使用瓦斯爐所發生的中毒事件 ( 六 ) 構成辛的兩種元素的質量比約為 7:16, 而辛為有色具刺激性的有毒氣體 ( 七 ) 氣體庚與壬具有共同的元素戊 ( 八 ) 乙在空氣中燃燒可得壬 ( 九 ) 丙是癸的成分元素之一, 在適當的催化劑與溫壓下, 丙與丁反應可得到己在工業上, 己可用於製造化學肥料 *( 十 ) 丁 + 戊 X + 戊辛 * 註 :( 十 ) 為反應式, 表示丁在適當的條件, 會與戊反應產生 X, 再與戊反應即得化合物辛根據上述事項, 推估各未知物甲 ~ 癸後, 回答下列問題 (1) 用元素符號寫出下列代號所代表物質的化學式 :( 包括常溫常壓時的狀態 )(A) 甲 ;( B) 庚 ;(C) 癸 (2) 用元素符號寫出下列反應的化學反應式 ( 各物質的狀態不需表示, 但係數必須平衡 ) (A) 乙 + 戊壬 (B) 丙 + 丁己 (C) X+ 戊辛

24 參考解答一單選 01 B D E B B 06 D C B C B 11 D B C D D 16 D E B C B 21 C C 二多選 23 ABCD 24 BCE 25 ADE 26 BCE 27 AD 28 ADE 29 BE 30 ABE 31 ABC 32 BDE 33 ABE 34 AD 35 BE 三非選 01 (1) e;(2) j;(3) r;(4) p;(5) k;(6) f nm 03 (1)(A) 甲為 C (s) ;(B) 庚為 CO (g) ;(C) 癸為 H 2 O ( ); (2) (A) 乙 + 戊壬 :S+O 2 SO 2 ; (B) 丙 + 丁己 :3H 2 +N 2 2NH 3 ; (C) X+ 戊辛 :2NO+O 2 2NO 2

專題討論1

專題討論1 專題討論 1 原子結構與元素週期表 1-1 原子的發展簡史一原子的發展簡史 : 年代科學家實驗或學說備註 1774 拉瓦節質量守恆定律 1799 普勞斯特定比定律 1804 道耳頓倍比定律 1808 道耳頓原子說原子學說無法, 須用 1808 給呂薩克氣

第 一 章

第一章