Unit 1 · 原子结构与性质练习题 · Atomic Structure and Properties

$\ce{CaCO3}$ 的摩尔质量是 40.08 + 12.01 + 3 × 16.00 = 100.09 g/mol，每个化学式单元含 3 个 O 原子。

有效数字：5.00 有 3 位，100.09 和 6.022 的位数都比它多，下标 3 是准确数，所以结果保留 3 位。忘了乘 3，得到的是化学式单元的个数 $3.01 \times 10^{22}$。

估算：$3.0 \times 10^{23}$ 大约是 $6.022 \times 10^{23}$ 的一半，也就是约 0.50 mol；0.50 mol × 26.98 g/mol ≈ 13 g（精确计算得 13.4 g）。27 g 是 1 mol 铝的质量；81 g 是忘了除以 $N_A$，直接用 3.0 × 26.98。

设 $\ce{^{71}Ga}$ 的丰度为 x，则 $\ce{^{69}Ga}$ 为 1 − x。平均原子质量是加权平均：

整理得 1.999x = 0.797，x = 0.399，即 39.9%。检查：平均值 69.723 更靠近 69，所以 $\ce{^{69}Ga}$ 更多，$\ce{^{71}Ga}$ 应少于 50%。

摩尔质量：2 × 14.01 + 8 × 1.008 + 32.06 + 4 × 16.00 = 132.14 g/mol。1 mol $\ce{(NH4)2SO4}$ 含 2 mol N，质量为 2 × 14.01 = 28.02 g。

括号外的下标 2 管着整个 $\ce{NH4+}$，所以 N 有 2 个、H 有 8 个。只算 1 个 N 会得到 10.6%。

C 全部进入 $\ce{CO2}$：n(C) = 0.440 ÷ 44.01 = 0.0100 mol。H 全部进入 $\ce{H2O}$，每个水分子有 2 个 H：n(H) = 2 × 0.180 ÷ 18.02 = 0.0200 mol。O 用差量法：m(O) = 0.300 − 0.0100 × 12.01 − 0.0200 × 1.008 = 0.160 g，n(O) = 0.00999 mol。C : H : O = 1 : 2 : 1，最简式是 $\ce{CH2O}$（30.03 g/mol）。60 ÷ 30.03 ≈ 2，所以分子式是 $\ce{C2H4O2}$。$\ce{CH2O}$ 只是最简式；$\ce{C3H8O}$ 的摩尔质量也约为 60 g/mol（60.09），但它的 C : H : O 和燃烧数据不符。只看摩尔质量不够，组成和摩尔质量要一起用。

每个 $\ce{BaSO4}$ 和每个 $\ce{BaCl2}$ 都只含 1 个 Ba，钡守恒，所以 n($\ce{BaCl2}$) = n($\ce{BaSO4}$)。

m($\ce{BaCl2}$) = 0.00300 mol × 208.23 g/mol = 0.625 g，质量分数 = 0.625 ÷ 1.000 × 100% = 62.5%。沉淀质量 0.700 有 3 位有效数字，所以结果保留 3 位。

计算时把称得的全部质量都当成 $\ce{BaSO4}$。沉淀里还有水，称得的质量偏大，算出的 n($\ce{BaSO4}$)、n($\ce{BaCl2}$) 和质量分数都偏大。比如残留 0.020 g 水，结果会从 62.5% 变成 64.2%。C 说的事实本身没错（样品里的钡确实没变），但算出来的结果取决于称得的质量，所以这个理由推不出“不变”。B 和 D 的推理都不成立。

过渡金属形成阳离子时，先失去 n 最大的 4s 电子，再失去 3d 电子。各粒子的基态电子排布：$\ce{Fe}$：[Ar]3d⁶4s²；$\ce{Fe^2+}$：[Ar]3d⁶；$\ce{Mn+}$：[Ar]3d⁵4s¹；$\ce{Co^3+}$：[Ar]3d⁶；$\ce{Ni^2+}$：[Ar]3d⁸。Fe 原子也有 3d⁶，但还有 4s²；Fe²⁺ 正好失去 2 个 4s 电子；Co³⁺ 失去 4s² 后再失去 1 个 3d 电子。

5 个峰按结合能从高到低（图上从左到右）是 1s、2s、2p、3s、3p，峰高正比于电子数。结合能最低的是 3p 峰，旁边是 3s 峰（2 个电子），所以 3p 上有 2.5 × 2 = 5 个电子：1s²2s²2p⁶3s²3p⁵，是 Cl。P 的比值是 1.5，S 的比值是 2，Ar 的比值是 3。

实测 I₁：Mg 738 kJ/mol，Al 578 kJ/mol，Mg 更大，A 错。Al 是 [Ne]3s²3p¹，被移走的 3p 电子能量比 3s 电子高，又受到 3s 电子的部分屏蔽，受到的净吸引更弱，更容易失去。B 只说“全满稳定”，没有用原子核对电子的吸引来解释，AP 评分不给分。C 的前提是错的：Mg 的半径（141 pm）比 Al（121 pm）大。

Mg 只有 2 个价电子（3s²）。失去这 2 个之后，第 3 个电子要从内层的 2p 上移走：它离核更近，受到的屏蔽也少得多，所以 I₃ 突然变大，I₃/I₂ = 7733 ÷ 1451 ≈ 5.3。Na 的大跳跃在 I₁ 到 I₂ 之间，Al 在 I₃ 到 I₄ 之间，Si 在 I₄ 到 I₅ 之间，它们的 I₃/I₂ 分别约为 1.5、1.5、2.0。

同族元素的价电子数相同。Sr 在 ⅡA 族，有 2 个价电子，所以 X 失去 2 个电子形成 $\ce{X^2+}$。N 有 5 个价电子，得到 3 个电子形成 $\ce{N^3-}$，和 Ne 的电子排布相同。电荷代数和为零：3 × (+2) + 2 × (−3) = 0，所以是 $\ce{X3N2}$（例如 $\ce{Mg3N2}$）。