Задачи на тему "Строение атома и Периодический закон"

Химия
02.08.2020

(Всего голосов: 0)

1. Напишите электронные конфигурации следующих элементов: F, P, Mn, Xe, I, Bi.

  Решение

 

2. Сколько неспаренных электронов содержат невозбужденные атомы B, S, As, Cr?

  Решение

 

3. Какие элементы могут проявлять как металлические, так и неметаллические свойства? Приведите не менее трех примеров.

  Решение

Ответ: Be, Al, Ge, Sb, Po. Эти элементы лежат на границе раздела металлов с неметаллами и, соответственно, проявляют свойства обеих сторон.

 

4. Как изменяются неметаллические свойства элементов в периодах Периодической системы? Приведите конкретные примеры соединений элементов, подтверждающие эти свойства.

  Решение

Под неметаллическими свойствами обычно понимаю способность атомов принимать электроны, а под металлическими – отдавать электроны.

От лития (Li) к фтору (F), от натрия (Na) к хлору (Cl) электроотрицательность (способность атомов оттягивать к себе электроны других атомов) растет.

Например:

1) Na2O – каждый из атомов натрия отдал по одному электрону атому кислорода.

2) MgO – один атом магния отдал два электрона атому кислорода.

3) Al2O3 – каждый из атомов алюминия отдал по три электрона атомам кислорода.

Таким образом, в составе оксидов изменение отношения молекул металлов к молекулам кислорода имеет вид (2:1), (1:1), (2:3) или (1:0.5), (1:1), (1:1.5). Отсюда вывод, что для перетягивания электронов у Al требуется большее число атомов кислорода, чем у Na.

Ответ: в периодах от меньшего номера к большему неметаллические свойства усиливаются, исключение составляют благородные газы, такие как He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, представляющие при нормальных условиях одноатомные газы.

 

5. В атоме какого элемента – лития или цезия – связь валентного электрона с ядром сильнее? Объясните почему.

  Решение

В химии валентными называют электроны, находящиеся на внешней (валентной) оболочке атома. У цезия электронов в разы больше лития, стало быть и атомный радиус у цезия намного больше, что говорит о большем расстоянии между ядром и валентными электронами.

Согласно закону Кулона – чем меньше расстояние, тем больше сила между заряженными частицами, следовательно, у лития связь сильнее.

 

6. Почему в рядах лантанидов и актинидов по 14 элементов?

  Решение

Лантано́иды — семейство, состоящее из 15 химических элементов III группы 6-го периода периодической таблицы — металлов, с атомными номерами 57—71. 

Актино́иды — семейство, состоящее из 15 радиоактивных химических элементов III группы 7-го периода периодической системы с атомными номерами 89—103.

И те, и другие относятся к f-элементам, т. е. их валентные электроны расположены на f-оболочке, включающей 7 орбиталей, на каждой из которых может находиться по 2 электрона с противоположными спинами, т. е. 14 электронов максимум, а т. к. порядковый номер элемента равен заряду ядра, то и количество их будет равно 14.

 

7. Какие общие свойства имеют элементы Mn и Cl, находящиеся в одной группе Периодической системы?

  Решение

Марганец и хлор находятся в VII группе Периодической системы, но хлор – в главной, а марганец – в побочной подгруппе. В возбужденном состоянии у обоих элементов число электронов, участвующих в образовании химической связи, может доходить до семи, т. к. именно 7 электронов находятся на двух последних подуровнях обоих элементов.

 

8. Каков состав ядер изотопов 16О и 17О, 3Не и 4Не?

  Решение

Порядковый номер элемента в Периодической системе – число протонов, массовое число минус число протонов – число нейтронов.

16О – 8 протонов, 8 нейтронов;

17О – 8 протонов, 9 нейтронов;

3Не – 2 протона, 1 нейтрон;

4Не – 2 протона, 2 нейтрон.

 

9. Изотоп 210Ро, излучающий α-частицы, используется в смеси с бериллием в нейтронных источниках. Через какое время интенсивность таких источников уменьшится в 32 раза? Период полураспада 210Ро 138 сут.

  Решение

Период полураспада – время, за которое самопроизвольно распадается половина атомов исходного вещества.

Поскольку нужно снижение интенсивности не в 2, а в 32 раза, выражение будет иметь вид:

τ = τ1/2log232 = 138 ⋅ 5 = 690 сут.

 

10. Период полураспада изотопа 137Cs 29.7 лет. 1 г этого изотопа прореагировал со взрывом с избытком воды. Каков период полураспада цезия в образовавшемся соединении? Ответ обоснуйте.

  Решение

Период полураспада останется тем же, т. к. его продолжительность не зависит от химических реакций.

 

11. Сколько электронов и протонов входит в состав следующих частиц: а) NO2; б) PH3?

  Решение

а) NO2

В нейтральном состоянии атом азота содержит 7 электронов, кислорода – 8. Поскольку протоны в химической реакции не участвуют, их число равно 7 + 2 ⋅ 8 = 23. Знак “–“ говорит о наличии в составе молекулы дополнительного электрона, стало быть число электронов равно 7 + 2 ⋅ 8 + 1 = 24.

б) PH3

Здесь число протонов равно числу электронов и равняется 15 + 1 ⋅ 3 = 18.

 

12. Напишите электронную конфигурацию атомов фтора и магния в их первом возбужденном состоянии.

  Решение

Электронные конфигурации атомов фтора и магния в основном состоянии выглядят так:

Для фтора первое возбужденное состояние получается при переходе электрона с высшей занятой орбитали (2р) на низшую свободную орбиталь (3s).

Для магния первое возбужденное состояние получается при переходе электрона с низшей занятой орбитали (3s) на высшую свободную орбиталь (3р).

Таким образом, для фтора: 1s22s22p43s1, для магния: 1s22s22p63s13p1.

 

13. Назовите два элемента, в атомах которых число пар (спаренных) электронов равно числу неспаренных электронов.

  Решение

 

14. Электронная конфигурация атома неона совпадает с электронными конфигурациями ионов нескольких элементов. Назовите четыре таких иона. Ответ мотивируйте.

  Решение

Электронная конфигурация неона: 1s22s22p6.

Эти 4 элемента:

а) Кислород 8О с электронной конфигурацией 1s22s22p4. Ион кислорода О2– перетягивает на себя дополнительно 2 электрона.

б) Фтор 9F с электронной конфигурацией 1s22s22p5. Ион фтора F перетягивает на себя дополнительно 1 электрон.

в) Натрий 11Na с электронной конфигурацией 1s22s22p63s1. Ион натрия Na+ отдает 1 электрон.

г) Магний 12Mg с электронной конфигурацией 1s22s22p63s2. Ион магния Mg2+ отдает 2 электрон.

 

15. Напишите уравнение реакции образования соединения, в состав которого входят только ионы элементов с конфигурацией внешних электронов 3s23p6.

  Решение

KOH + HCl = KCl + H2O

Электронная конфигурация калия 19К: 1s22s22p63s23p64s1, ион К+ теряет один электрон, поэтому его электронная конфигурация 1s22s22p63s23p6.

Электронная конфигурация хлора 17Cl: 1s22s22p63s23p5, ион Cl приобретает один электрон, поэтому его электронная конфигурация 1s22s22p63s23p6.

 

16. Объясните, почему на первом энергетическом уровне атома не может быть более двух электронов, на втором уровне – более восьми, на третьем – более 18 и т. д. Выведите общую формулу, описывающую максимальное число электронов N с главным квантовым числом n.

  Решение

Радиус атома в 100 000 раз больше радиуса атомного ядра, стало быть рядом с ядром умещается наименьшее количество орбиталей, размеры которых также малы и не могут вместить большого количества электронов.

В добавок к этому существует принцип Паули, согласно которому в атоме не может быть двух электронов, у которых все четыре квантовых числа одинаковые. Так, первой орбите соответствует главное квантовое число n = 1. Побочное квантовое число принимает значения от 0 до (n – 1), значит l = 0, магнитное квантовое число принимает значения от –l до +l, тогда ml = 0 и спиновое квантовое число mS может принимать значения как +1/2, так и -1/2, т. е. на первом энергетическом уровне всего 2 электрона.

Следуя данной логике, можно составить выражение для рассчета максимального числа электронов в зависимости от главного квантового числа n:

 


Оставить комментарий