СТРОЕНИЕ АТОМА И ПЕРИОДИЧЕСКИЙ ЗАКОН Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА. Контрольные задачи с ответами (2016 год)
Решение типовых задач
Задача 3.1. Дана пара химических элементов А и В: А - Si, В - H.
1. Каков состав ядра наиболее распространенного изотопа элемента ,
обозначенного символом А?
2.Сколько электронов у атомов этого элемента? Дать распределение
электронов атомов элемента А по уровням, подуровням и орбиталям в
нормальном и возбужденном состояниях.
3. Указать максимальную валентность элемента А и сопоставить ее с
положением элемента в периодической системе.
4. К какому семейству относится этот элемент? Является ли элемент
А металлом или неметаллом?
5. Напишите формулы оксидов и гидроксидов этого элемента в раз-
ных степенях окисления и охарактеризуйте их свойства.
6. Приведите примеры соединений, наиболее типичных для данного
элемента. Какие типы связей при этом образуются?
7. Какой тип связи реализуется при взаимодействии атомов элемента
А с атомами элемента В? Как поляризованы атомы А и В в молекуле?
8. Какими свойствами будет обладать молекула (молекулы), образо-
ванная при взаимодействии атомов элемента А с атомами элемента В (по-
лярность, стереохимия)?
9. Какие типы межмолекулярных взаимодействий реализуются меж-
ду молекулами, образованными атомами элементов А и В?
10. Какими химическими свойствами они обладают? Написать урав-
нения соответствующих реакций.
Р е ш е н и е.
1. Наиболее распространенным изотопом элемента кремния является
изотоп с атомной массой 28. В состав ядра этого изотопа входят 28 нукло-
нов (14 протонов и 14 нейтронов).
2. У атома кремния 14 электронов. Эти электроны распределены по
трем энергетическим уровням, так как кремний находится в третьем пе-
риоде периодической системы:
3. Максимальная валентность кремния - IV, и она соответствует но-
меру группы периодической системы, в которой расположен кремний.
4. Кремний относится к р-элементам. Это типичный неметалл.
5. Кремний образует оксид SiO2, который является ангидридом
кремниевой кислоты. Гидроксид оксида кремния - кремниевая кислота
H2SiO3 - обладает всеми свойствами кислот.
6. Наиболее типичными соединениями являются SiH4, SiO2, SiCl4,
при этом реализуется полярная ковалентная химическая связь.
7. При взаимодействии атомов кремния с атомами водорода реализу-
ется полярная ковалентная σ-связь. В соединении SiH4 атом кремния по-
ляризован положительно, а атом водорода - отрицательно, так как элек-
троотрицательность атома водорода равна -2,1 , а электроотрицательность
кремния равна -1,8.
8. При образовании молекулы SiH4 у атома кремния реализуется
sp3-гибридизация, так как Si предоставляет для образования связи одно s-
и три p-электронных облака, в результате чего образуется молекула,
имеющая пространственную (тетраэдрическую) форму. Молекула SiH4 не-
полярная, хотя связь Si-H - полярная, неполярность молекулы объясняется
равномерным распределением химических связей в пространстве (к вер-
шинам тетраэдра).
9. Так как молекула неполярна, то между молекулами возникает
электростатическое (дисперсионное) взаимодействие.
10. SiH4 может взаимодействовать со щелочными металлами:
Na4Si - силицид натрия
Задача 3.2. Как меняются основные свойства атомов при перемеще-
нии по периодам и рядам в таблице периодической системы Д.И. Менде-
леева?
Р е ш е н и е. При перемещении сверху вниз, например, в первой
группе щелочных металлов от Li к Fr, радиус атома возрастает, соответст-
венно уменьшается энергия ионизации и увеличивается реакционная спо-
собность, возрастают металлические свойства (самый активный металл -
Fr), а также восстановительная способность, электроотрицательность
уменьшается.
При движении горизонтально по рядам возрастают неметаллические
свойства и окислительная способность (самый активный неметалл и са-
мый активный окислитель - F), электроотрицательность возрастает.
§ 3.5. Контрольные задачи
3.1. Написать электронные конфигурации атомов элементов с поряд-
ковыми номерами 9 и 28. К какому электронному семейству относится ка-
ждый из них?
3.2. Написать электронные конфигурации атомов фосфора и ванадия.
К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
3.3. Какое максимальное число электронов может находиться в s-, p-,
d- и f- орбиталях данного слоя. Почему?
3.4. Написать электронные конфигурации атомов марганца и селена.
К какому электронному семейству относится каждый из этих элементов?
3.5. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4s или
3d; 5s или 4р? Почему? Составить электронную конфигурацию атома эле-
мента с порядковым номером 21.
3.6. Составить электронные конфигурации атомов элементов с по-
рядковым номером 17 и 29. Учтите, что у последнего происходит провал
одного 4s- электрона на 3d- орбиталь. К какому электронному семейству
относится каждый из этих элементов?
3.7. Какие орбитали атома заполняются электронами раньше: 4d или
5s; 6s или 5р? Почему? Составить электронную конфигурацию атома эле-
мента с порядковым номером 43.
3.8. Что такое изотопы? Чем можно объяснить дробность атомных
масс большинства элементов периодической системы? Могут ли атомы
разных элементов иметь одинаковую массу? Как называются подобные
атомы?
3.9. Составить электронные конфигурации атомов элементов с по-
рядковыми номерами 14 и 40. Какие электроны этих атомов являются ва-
лентными?
3.11. Пользуясь периодической системой Д.И. Менделеева, написать
электронные конфигурации элементов Cs и Аu. Указать их сходство и раз-
личие.
3.12. Написать электронные конфигурации элементов № 23 и 33. Оп-
ределить семейство, подчеркнуть валентные электроны. Для последнего
электрона написать значения 4-х квантовых чисел.
3.13. Составить электронные конфигурации атомов элементов с по-
рядковыми номерами 16 и 28. К какому электронному семейству относится
каждый из этих элементов, и какие электроны их атомов являются валент-
ными?
3.17. Чем отличается последовательность в заполнении орбиталей у
атомов d-элементов от последовательности заполнения их у атомов s- и р-
элементов? Составить электронную конфигурацию атома элемента с по-
рядковым номером 46, учитывая, что, находясь в пятом периоде, атомы
этого элемента в пятом слое не содержат ни одного электрона.
3.18. Составьте электронные конфигурации атомов элементов с по-
рядковыми номерами 24 и 33, учитывая, что у первого происходит провал
одного 4s-электрона на 3d-подуровень. К какому электронному семейству
относится каждый из этих элементов, и какие электроны их атомов явля-
ются валентными?
германиевой кислот, дигидрофосфата цезия и оксида технеция, отвечаю-
щего его высшей степени окисления. Изобразить графические формулы
этих соединений.
3.22. Что такое энергия ионизации? В каких единицах она выражает-
ся. Как изменяется восстановительная активность s- и р-элементов в груп-
пах периодической системы с увеличением порядкового номера? Почему?
3.23. Что такое электроотрицательность? Как изменяется электроот-
рицательность р-элементов в периоде и в группе периодической системы с
увеличением порядкового номера?
3.24. Исходя из положения германия, молибдена и рения в периоди-
ческой системе, составить формулы следующих соединений: водородного
соединения германия, рениевой кислоты и оксида молибдена, отвечающе-
го его высшей степени окисления. Изобразить графические формулы этих
соединений.
3.25. Что такое сродство к электрону? В каких единицах оно выра-
жается? Как изменяется окислительная активность неметаллов в периоде и
в группе периодической системы с увеличением порядкового номера? От-
вет мотивировать строением атомов соответствующих элементов.
3.26. Составить формулы оксидов и гидроксидов элементов
третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени
окисления. Как изменяется химический характер этих соединений при пе-
реходе от натрия к хлору?
3.27. Какой из элементов четвертого периода
- ванадий или
мышьяк - обладает более выраженными металлическими свойствами? Ка-
кой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? От-
вет мотивировать, исходя из строения атомов данных элементов.
3.28. Какие элементы образуют газообразные соединения с водоро-
дом? В каких группах периодической системы находятся эти элементы?
Составить формулы водородных и кислородных соединений хлора, теллу-
ра и сурьмы, отвечающих их низшей и высшей степеням окисления.
3.29. У какого элемента четвертого периода - хрома или селена
сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов об-
разует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивировать строе-
нием атомов хрома и селена.
3.30. Какую низшую степень окисления проявляют хлор, сера, азот и
углерод? Почему? Составить формулы соединений алюминия с данными
элементами в этой их степени окисления. Как называются соответствую-
щие соединения?
3.31. У какого из р-элементов пятой группы периодической системы
- фосфора или сурьмы - сильнее выражены неметаллические свойства?
Какое из водородных соединений данных элементов является более силь-
ным восстановителем? Ответ мотивировать строением атомов этих эле-
ментов.
3.32. Исходя из положения металла в периодической системе, опре-
делите, какой из двух гидроксидов более сильное основание: Ва(ОН)2 или
Mg(OH)2; Са(ОН)2 или Fe(OH)2; Са(ОН)2 или Sr(OH)2?
3.33. Почему марганец проявляет металлические свойства, а хлор
- неметаллические? Ответ мотивировать строением атома этих элементов.
Написать формулы оксидов и гидроксидов хлора и марганца.
3.34. Какую низшую степень окисления проявляют водород,
фтор, сера и азот? Почему? Составить формулы соединений кальция с
данными элементами в этой их степени окисления. Как называются соот-
ветствующие соединения?
3.35. Какую низшую и высшую степень окисления проявляют крем-
ний, мышьяк, селен и хлор? Почему? Составить формулы соединений дан-
ных элементов, отвечающих этим степеням окисления.
3.36. К какому семейству относятся элементы, в атомах которых по-
следний электрон поступает на 4f- и 5f-орбитали? Сколько элементов
включает каждое из этих семейств? Как отражается на свойствах этих эле-
ментов электронное строение их атомов?
3.37. Атомные массы элементов в периодической системе непрерыв-
но увеличиваются, тогда как свойства простых тел изменяются периодиче-
ски. Чем это можно объяснить?
3.38. Какова современная формулировка периодического закона?
Объяснить, почему в периодической системе элементов аргон, кобальт,
теллур и торий помещены, соответственно, перед калием, никелем, йодом
и протактинием, хотя и имеют большую атомную массу?
3.39. Какую низшую и высшую степень окисления проявляют угле-
род, фосфор, сера и йод? Почему? Составить формулы соединений данных
элементов, отвечающих этим степеням окисления.
3.40. Какую высшую степень окисления могут проявлять германий,
ванадий, марганец и ксенон? Почему? Составить формулы оксидов данных
элементов, отвечающих этой степени окисления.
3.41. Написать электронные конфигурации ионов: а) Sn2+; б) Sn4+;
в) Мn2+; г) Сu2+; д) S2−.
3.42. Указать особенности электронных конфигураций атомов меди
и хрома. Сколько 4s-электронов содержат невозбужденные атомы этих
элементов?
3.43. Составить электронно-графические схемы ионов Fе2+ и Fе3+.
Чем можно объяснить особую устойчивость электронной конфигурации
иона Fе2+?
3.44. Сколько вакантных 3d-орбиталей имеют возбужденные атомы:
а) Сl; б) V; в) Мn?
3.45. У элементов каких периодов электроны внешнего слоя характе-
ризуются значением n + ℓ = 5?