Глава 2 строение атома.

ПЕРИОДИЧЕСКАЯ СИСТЕМА (ПС)

Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

АТОМ – это электронейтральная частица, которая состоит положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов.

Охарактеризуем элемент с порядковым номером 17 по Периодической Системе (ПС) по плану:

1. Нахождение в Периодической системе: период, группа, подгруппа.

2. Строение атома (заряд ядра, число электронов, протонов, нейтронов).

3. Распределение электронов. Электронная и графическая формула. Возможные степени окисления.

4. Характеристика соединений (водородное соединение, формулы высшего оксида и гидроксида, их тип и химические свойства).

1. Нахождение в ПС

Элемент с порядковым номером 17 - это хлор. Он находится в 3 периоде, 7 группе, главной подгруппе.

ПЕРИОД – это горизонтальный ряд, в котором свойства элементов изменяются последовательно от металла к инертному газу.

НОМЕР периода указывает число энергетических уровней.

Хлор находится в 3 периоде, следовательно, у него 3 энергетических уровня.

ГРУППА – это вертикальный ряд элементов, сходных по свойствам.

НОМЕР ГРУПЫ указывает на количество электронов на последнем уровне (только для главных подгрупп) и на высшую валентность в соединениях (кроме фтора, кислорода, азота, неона и гелия).

Хлор находится в 7 группе, значит высшая валентность и количество валентных электронов у него равно семи.

Различают главную и побочную подгруппы. В главную подгруппу входят элементы как малых (1, 2, 3) периодов так и больших (4, 5, 6, 7). В состав побочных входят только элементы больших периодов. Например: в 1 группе Cu, Ag, Au - элементы побочной подгруппы, а Li, K, Na, Rb, Cs, Fr - элементы главной.

Хлор находится в главной подгруппе.

2. Строение атома:

Порядковый номер элемента - 17, следовательно, заряд ядра + 17. Число электронов – 17. (Их число равно заряду ядра, так как в целом атом нейтрален).

Ядро состоит из протонов и нейтронов. Количество протонов соответствует заряду ядра, а количество нейтронов вычисляют по формуле: относительная атомная масса минус заряд ядра. Для хлора состав ядра следующий: 17 протонов и 18 нейтронов.

3. Распределение электронов

Электроны располагаются на 3 уровнях.

+ 17 ) ) )

2 8 7

Максимальное количество электронов на каждом уровне можно рассчитать, используя формулу N = 2*n² , где N -количество электронов, а n - номер уровня.

- для первого уровня 2*1² = 2

- для второго уровня 2*2² = 8

- для третьего уровня 2*3² = 18

- для четвертого уровня 2*4² = 32

-для пятого уровня 2*5² = 50

Для хлора: - на первом уровне 2 электрона, на втором 8 электронов. Для последнего уровня 17 - (2+8) = 7. Для элементов главных подгрупп номер группы совпадает с количеством электронов на последнем уровне.

Каждый уровень делится на подуровни и обозначается латинскими буквами:

1 уровень имеет s подуровень

2 уровень: s и p подуровни

3 - s, p, d подуровень

4 - s, p, d, f подуровень и т.п.

Полная электронная конфигурация имеет вид:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁵3d⁰

При сокращенной форме записываем только последний уровень: 3s²3p⁵ 3d^.0

При графической форме электроны изображают с помощью стрелок , а орбиталь в виде клетки . s-орбитали cоответствует одна клетка, для p-орбитали - три клетки, для d-орбитали 5 клеток. Согласно принципу Паули, на любой орбитали могут находиться не более 2 электронов. Таким образом, на s-подуровне - 2 электрона, на р-подуровне - 6 электронов, на d-подуровне - 10 электронов, на f -подуровне - 14.

В пределах одного подуровня атом имеет максимально возможное число неспаренных электронов.

Для хлора графическая формула имеет вид:

степень окисления хлора равна 0

Количество неспаренных электронов указывает на возможные степени окисления данного элемента.

У хлора 1 неспаренный электрон, значит, он может отдать 1 электрон и тогда степень окисления станет +1, и принять 1 электрон соответственно степень окисления –1.

степень окисления +1 степень окисления -1

Другие степени окисления возникают в так называемом возбужденном состоянии, когда происходит распаривание электронов на свободный подуровень. При этом образуются только положительные степени окисления. Покажем, какие степени окисления, кроме 0, +1, –1 характерны для хлора:

теперь неспаренных электронов стало 3, значит степень окисления +3

степень окисления +5

степень окисления +7

Итак, у хлора возможны следующие степени окисления:

_{-1 0 +1 +3 +5 +7}

HCl Cl₂ Cl₂O Cl₂O₃ Cl₂O₅ Cl₂O₇

4. Свойства соединений:

Летучее водородное соединение хлороводород – НСl.

Максимальная валентность (степень окисления), которую может элемент проявлять в соединениях, равна номеру группы. Хлор находится в седьмой группе, значит, в соединении с кислородом его максимальная валентность равна семи. Формула высшего оксида имеет вид: Cl₂O₇ . Тип оксида – кислотный. Ему соответствует гидроксид в виде кислоты H₂Cl₂O₈ или HClO₄.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

_____________________________________________________

Cl₂O₇ HClO₄

______________________________________________________

_{_}

1. Взаимодействие с водой 1. Взаимодействие с металлами

Cl₂O₇ + H₂O  2HBrO₄ 2HClO₄ + ZnZn(ClO₄)₂ + H₂

2. Взаимодействие с основным оксидом

Cl₂O₇+CuOCu(ClO₄)₂ CuO+2HClO₄Cu(ClO₄)₂+H₂O

3. Взаимодействие с основанием

Cl₂O₇ + 2KOH K₂ClO₄ + H₂O КOH + HClO₄  КClO₄ + H₂O

4. Взаимодействие с солью

2HClO₄ +K₂CO₃ CO₂+H₂O+2KClO₄

ПЕРИОДИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ХИМИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ

Поскольку электронные конфигурации атомов химических элементов изменяются периодически с ростом заряда ядра, все свойства, определяемые электронным строением, закономерно изменяются по периодам и группам. К таким свойствам относится радиус атома, электроотрицательность,

степень окисления, металлические и неметаллические свойства и т.д. Периодически изменяются также многие химические и физические свойства простых и сложных веществ.

Радиус атома. В периоде по мере роста порядкового номера, а следовательно и заряда ядра, радиусы атомов уменьшаются.

В группах с ростом заряда ядер радиусы атомов увеличиваются.

Электроотрицательность (ЭО) - это условная величина, характеризующая способность притягивать к себе электронную плотность. Введена условная шкала ЭО. По такой шкале самыми электроотрицательными являются элементы 7А группы: фтор (4,1); хлор (2,83); бром (2,74); йод (2,21). Наименее электроотрицательные – элементы 1А группы: франций (0,86); цезий(0,86); рубидий (0,89); калий (0,91); натрий (1,01); литий (0,97).

Таким образом, с ростом заряда ядра ЭО в периоде увеличивается, а в группе – уменьшается.

Металлические свойства в периоде уменьшаются, а в группе увеличиваются.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Дать полную характеристику натрию, селену, фосфору, алюминию по плану:

1.1. Металл или неметалл

1.2.Положение в таблице Менделеева (номер период, номер группы, название подгруппы)

1.3. Заряд ядра, количество электронов в атоме, протонов и нейтронов в ядре

1.4. Электронно-графическая схема

1.5. Полная и сокращенная электронные формулы

1.6. Возможные степени окисления

1.7. Формула высшего оксида

1.8. Формула высшего гидроксида

1.9. Семейство элементов

2. Определить химический элемент, если известна его полная электронная формула:

а)1s²2s²2p⁶3s²3p² б) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s¹

в)1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s² г) 1s²2s²2p⁶3s²

3. Определить химический элемент, если известна его сокращенная электронная формула:

а) 3s²3p⁴ б) 4s² в) 2s²2p⁶ г) 3s² 3р¹ д) 5s²5р³

4. Написать полную электронную формулу частиц:

а) Be б) Cl^- в) S^2- г) Mg²⁺ д) F

5. Расположить элементы в порядке возрастания электроотрицательности:

а) As, P, Bi, N б) Cl, Si, Mg, Al, S

6. Расположить элементы в порядке возрастания радиуса атома:

а) Cl, Si, Mg, Al, S б) C, B, N, О, Li

7. Расположить элементы в порядке возрастания металлических свойств:

а) Sr, Ba, Be, Mg, Ca б) Cs, Rb, K, Li

8. Расположить элементы в порядке возрастания неметаллических свойств:

а) селен, теллур, полоний, сера, кислород

б) алюминий, сера, кремний, фосфор, аргон

РАЗБОР ЗАДАНИЙ ИЗ ТЕСТОВ ЕГЭ

1. Число электронов в ионе железа Fe²⁺ равно

1) 54 2) 28 3) 58 4) 24

Решение. Железо имеет порядковый номер 26 в Периодической системе, следовательно, заряд ядра железа = +26. Заряд ядра атома равен числу отрицательно заряженных электронов, т.е. в атоме железа 26 электронов. Ион железа с зарядом 2+ содержит на два электрона меньше, т.е. 24 электрона.

//Ответ: 4

2. Формула высшего оксида азота:

1) N₂O 2) NO₂ 3) N₂O₅ 4) NO₃

Решение. Азот находится в VA группе, поэтому высшая степень окисления азота +5. Высший оксид – это оксид, в котором элемент проявляет свою высшую степень окисления. Так как у кислорода в оксидах степень окисления -2, легко находим, что высший оксид - N₂O₅.

//Ответ: 3

3. Химический элемент образует высший оксид RO₃. Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня атома этого элемента в невозбужденном состоянии:

1) ns²np² 2) ns²np⁴ 3) ns²np⁶ 4) ns²np⁵

Решение: Определим степень окисления элемента в оксиде RO₃ – она равна +6, и поскольку для элементов главных подгрупп максимальная степень окисления равна номеру группы и совпадает с количеством электронов на внешнем уровне, следовательно, этот элемент находится в 6 группе и на внешнем уровне находится 6 электронов.

//Ответ: 2

4. Пять завершенных подуровней имеют атомы и ионы элементов:

1) Ne, Na⁺, F 2) K, Ar, Cl^- 3) O^2-, Mg, Al³⁺ 4) Al, Mg²⁺, Ne

Решение: На s-подуровне максимально располагаются 2 электрона, на р- подуровне 6 электронов, на d- подуровне 10 электронов Для определения количества завершенных подуровней приведем электронные формулы для каждого варианта:

1. Ne 1s²2s²2p⁶; 3 завершенных подуровня

Na⁺ 1s²2s²2p⁶3s¹ 3 завершенных подуровня,

F 1s²2s²2p⁵ 2 подуровня;

2) K 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 4s¹; 5 завершенных подуровней;

Ar 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶; 5 завершенных подуровней;

Cl^- 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶ 5 завершенных подуровней;

3) O^2- 1s²2s²2p⁶, 3 завершенных подуровня;

Al³⁺ 1s²2s²2p⁶ 3 завершенных подуровня;

Mg 1s²2s²2p⁶3s² 4 завершенных подуровня;

4) Al 1s²2s²2p¹ 2 завершенных подуровня;

Mg²⁺ 1s²2s²2p⁶, 3 завершенных подуровня;

Ne 1s²2s²2p⁶ 3 завершенных уровня.

// Ответ: 2

5. Среди элементов VIА группы максимальный радиус атома имеет:

1) кислород 2) сера 3) теллур 4) полоний

Решение. В главной подгруппе сверху вниз возрастает число электронных слоев, а значит, увеличивается радиус. В VIА группе радиус возрастает в ряду кислород – сера – селен – теллур – полоний. Самый большой радиус имеет полоний.

//Ответ: 4

6. В каком ряду химические элементы расположены в порядке усиления металлических свойств

1) Na, Mg, Al 2) Al, Mg, Na 3) Cа, Mg, Be 4) Mg, Be, Cа

Решение. В Периодической системе в периоде слева направо ослабевают металлические свойства, а в группах сверху вниз металлические свойства усиливаются. Таким образом, чем ниже и левее в Периодической системе находится металл, те он активнее (это относится только к металлам главных подгрупп).

Проще всего сравнивать металлические свойства элементов, расположенных в одном периоде или в одной группе. В первом варианте в одном периоде расположены магний и алюминий, причем от магния к алюминию металлические свойства убывают, так что этот вариант сразу можно отбросить. Во втором варианте, от алюминия к магнию металлические свойства возрастают (т.к. в периоде справа налево металлические свойства возрастают). От магния к натрию металлические свойства также возрастают, т.к. натрий находится левее и ниже магния. Таким образом, правильный ответ – 2. В третьем варианте от кальция к бериллию радиус уменьшается, металлические свойства убывают. Этот вариант не подходит. В четвертом варианте от магния к бериллию радиус уменьшается, металлические свойства убывают, а от бериллия к кальцию радиус увеличивается, металлические свойства возрастают. Этот ответ тоже неправильный.

//Ответ: 2

7. Высшая степень окисления +5 характерна для всех элементов с порядковыми номерами:

1) 35, 51 и 23 2) 7, 15 и 23 3) 15, 23 и 53 4) 7, 23 и 25

Решение: используя Периодическую систему, определяем группу, в которой находится элемент:

1) 35 – это бром Br - 7 группа; 51- сурьма Sb - 5 группа; 23- ванадий V - 5 группа

2) 7 - это азот N – 5 группа, 15- это фосфор P - 5 группа; 23- ванадий V - 5 группа

3) 15 - это фосфор Р - 5 группа; 23- ванадий V - 5 группа , 53 – это йод I – 7 группа

4) 7 – азот N – 5 группа, 23- ванадий V – 5 группа, 25 – марганец Mn – 7 группа

// Ответ: 2

8. Кислород в соединениях всегда двухвалентен, а максимальная валентность серы равна шести, так как:

1) Электроотрицательность атома кислорода больше, чем атома серы

2) На внешнем энергетическом уровне атома кислорода в отличие от атома серы отсутствуют свободные орбитали

3) Атом серы содержит больше электронов, чем кислород

4) Окислительная активность атома серы меньше, чем кислорода

//Ответ: 2

ТРЕНИРОВОЧНЫЕ ЗАДАНИЯ ИЗ ТЕСТОВ ЕГЭ

Инструкция для учащихся: Выберите один правильный ответ, из предложенных, и обведите его номер кружком. За каждый верный ответ вы получите 1 балл.

A1. Номер группы указывает на:

1. количество энергетических уровней 2) номер периода

3) количество электронов 4) высшую степень окисления

А2. Из каких частиц состоит атомное ядро?

1. из протонов и электронов 2) только из протонов -

3) нейтронов и протонов 4) только из нейтронов

А3. Заряд ядра атома калия равен

1) 19 2) 20 3) 39 4) 58

А4. Число электронов и число нейтронов равно в ядре атома

1) натрия 2) углерода 3) калия 4) бора

А5. Число электронов в ионе S^2- равно

1) 14 2) 16 3) 18 4) 32

А6. Электронная конфигурация 1s²2s²2p⁶ соответствует частице

1) Li⁺ 2) K⁺ 3) Cs⁺ 4) Na⁺

А7. На третьем энергетическом уровне имеется по 8 элек­тронов у каждой из частиц:

1) Na⁺ и Ar 2) S^2- и Ar 3) F^- и Ne 4) Mg²⁺ и S

А8. Число неспаренных электронов в атоме алюминия в ос­новном состоянии равно

1) 1 2) 2 3) 3 4) 0

А9. Для какого химического элемента максимальная степень окисления не равна номеру группы, в которой этот элемент находится:

1) С 2) F 3) Na 4) P

А10. Фтор в соединениях проявляет степени окисления:

1) – 1, 0, +1, 2) – 1, 0

3) – 1, +1, +3, +5 4) +1, +3, +5, +7

А11. Какие из приведенных утверждений верны?

А. Номер периода указывает на количество валентных электронов.

Б. Высшая степень окисления для элементов главных подгрупп можно определить по номеру группы.

1) верно только А 2) верны оба утверждения

3) верно только Б 4) оба утверждения неверны

А12. У атомов стронция Sr и олова Sn одинаковы

1) радиусы

2) количества электронных слоев

3) высшие степени окисления

4) восстановительные свойства

А13. В периодической системе уменьшается (-ются) в периоде

1) высшая положительная степень окисления элементов

2) кислотные свойства гидроксидов

3) электроотрицательность атомов

4) металлические свойства простых веществ

А14. В каком ряду химические элементы расположены в порядке возрастания их атомного радиуса?

1) Na, Mg, Al, Si 2) Cs, Rb, K, Na 3) P, S, Cl, Ar 4) F, O, N, C

А15. Наименьшей электроотрицательностью обладает элемент

1) бериллий 2) бор 3) углерод 4) азот

А16. В каком ряду простые вещества расположены в порядке усиления металлических свойств?

1) Se, Te, Po 2) Na, Mg, Al 3) Mg, Ca, Be 4) Bi, Sb, As

А17. B ряду: Na  Mg  Al Si

1) увеличивается число энергетических уровней в атомах

2) усиливаются металлические свойства элементов

3) уменьшается высшая степень окисления элементов

4) ослабевают металлические свойства элементов

А18. У элементов подгруппы азота с увеличением атомно­го номера уменьшается:

1) уменьшаются металлические свойства

2) заряд ядра атома

3) число валентных электронов в атомах

4) электроотрицательность

А19. Атом элемента, максимальная степень окисления кото­рого +4, в основном состоянии имеет электронную конфигу­рацию внешнего энергетического уровня

1) 3s²3р⁴ 2) 2s²2р² 3) 2s²2р⁴ 4) 2s²2р⁶

А20. Химический элемент расположен в четвертом периоде, в IA группе. Распределению электронов в атоме этого элемен­та соответствует ряд чисел:

1) 2,8,8,2 2) 2,8,8,1 3) 2,8,18,1 4) 2,8,18,2

А21. Распределению электронов по энергетическим уровням в атоме элемента соответствует ряд чисел: 2, 8,18, 6. В Перио­дической системе этот элемент расположен в группе^

1)VA 2) VIA 3)VB 4)VIB

А22. Химический элемент, формула высшего оксида которо­го R₂O, имеет электронную конфигурацию атома

1) 1s² 2s²2р⁶3s¹ 2) 1s²2s²2р⁶3s²3р⁵ 3) 1s² 2s²2р⁶3s²3р³ 4) 1s² 2s²

А23. Формула высшего оксида хлора

1) Cl₂O 2) ClO₂ 3) Cl₂O₅ 4) Cl₂O₇

А24. В ряду оксидов SiO₂ — P₂O₅ — SO₃ — Cl₂O₇ кислотные свойства

1) возрастают

2) убывают

3) не изменяются

4) сначала уменьшаются, потом увеличиваются

А25. Водородное соединение состава Н₂Э образует

1) углерод 2) селен 3) бор 4) азот

Часть В

Инструкция для учащихся: В заданиях В1-65 на установление соответствия запишите в таблицу цифры выбранных вами ответов. За правильный ответ вы получите 2 балла, за неполный правильный ответ -1 балл, за неправильный – 0 баллов.

B1.Установите соответствие между строением атомных ядер и строением внешних электронных оболочек атомов. (p- протон, n – нейтрон)

СТРОЕНИЕ АТОМНОГО ЯДРА СТРОЕНИЕ ВНЕШНИХ ЭЛЕКТРОННЫХ

ОБОЛОЧЕК

A) 16р⁺ +16n° 1) 3s¹ 4) 3s²3p⁴

Б) 5р⁺ + 6п° 2) 2s²2p¹ 5)2s²2p¹

В) 11р⁺ +12n° 3) 2s²2p² 6) 2s²2p⁵

Г) 9р⁺ + 10n°

А	Б	В	Г

B2. Установите соответствие между частицей и числом электронов с, содержащихся в ней.

ЧИСЛО ЭЛЕКТРОНОВ ЧАСТИЦА

А) 18 1) Al⁺³

Б) 10 2) Mg⁰

В) 19 3) P^-3

Г) 12 4) K⁰

5) Al⁰

А	Б	В	Г
3

B3. Установите соответствие между названием химического элемента и возможными значениями его степеней окисления

НАЗВАНИЕ ЭЛЕМЕНТА ЗНАЧЕНИЯ СТЕПЕНЕЙ ОКИСЛЕНИЯ

А) хлор 1) -2; -1; 0; +2

Б) фтор 2) -2; 0; +2; + 4; +6

В) фосфор 3) -3; 0; +3; +5

Г) сера 4) -1; 0

5) -1; 0;+1; +3; +5; +7

6) -4; -2; 0; +2; +4

А	Б	В	Г

В4.Установите соответствие между частицей и ее электронной конфигурацией.

ЧАСТИЦА ЭЛЕКТРОННАЯ КОНФИГУРАЦИЯ

А) S⁺⁴ 1) 1s²2s²2р⁶3з²3р⁴

Б) S^-2 2) 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶

В) S° 3) 1s²2s²2р⁶Зs²

Г) S⁺⁶ 4) 1s²2s²2р⁶

А	Б	В	Г

В5. Установите соответствие между сокращенной электронной формулой элемента и формулой его водородного соединения.

СОКРАЩЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА ВОДОРОДНОГО

ФОРМУЛА СОЕДИНЕНИЯ

А) 4s²4р³ 1) ЭН

Б) 3s²3р⁵ 2) ЭН₂

B) 4s²4p² 3) ЭН₃

Г) 2s²2p⁴ 4) ЭН₄

А	Б	В	Г

В6. Установите соответствие между сокращенной электронной формулой элемента и формулой его высшего оксида

СОКРАШЕННАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ ФОРМУЛА ВЫСШЕГО ОКСИДА ФОРМУЛА

А) 4s² 1) Э₂О₅ 5) Э₂О₇

Б) 3s²4p⁵ 2) ЭО₂ 6) Э₂О₃

B) 2s²2p³ 3) ЭО₃

Г) 4s²4p¹ 4) ЭО

А	Б	В	Г

В заданиях В7-В9 выпишите цифры выбранных вами ответов. За правильный ответ вы получите 2 балла, за неполный правильный ответ -1 балл, за неправильный – 0 баллов.

В7. Какие из атомов в основном (невозбужденном) состоянии содержат два неспаренных электрона на внешнем уровне?

1) Кислород 2) Гелий 3) Углерод

4) Магний 5) Хром 6) Теллур

Ответ: ___________________

В8. Для элементов 6 группы главной подгруппы характерно:

1) валентными являются электроны внешнего энергетического уровня

2) тип высших оксидов - основной

3) могут проявлять следующие степени окисления: -2; 0, +4,+6

4) формула летучего водородного соединения ЭН₃

5) все элементы этой группы находятся в шестом периоде

6) формула высшего гидроксида ЭОН

Ответ: ___________________________

В9. В ряду химических элементов NPAs

1) увеличивается радиус атома

2) уменьшается число электронов во внешнем электронном слое атомов

3) усиливаются неметаллические свойства

4) уменьшается электроотрицательность

5) характер высших оксидов - амфотерный

Ответ: ___________________________

ЧАСТЬ С Дополните:

Элемент с порядковым номером _____ имеет на 4р-подуровне 4

электрона. Его сокращенная электронная формула имеет вид:

___________________Этот элемент находится в ____периоде, в

_______подгруппе, _______группе и относится к семейству

______ - элементов. Графическая формула внешнего уровня

имеет вид:

Высшую валентность элемента в соединениях можно определить

по__________________________________________. В

невозбужденном состояние для этого элемента возможны

следующие степени окисления__________________, с учетом

возбуждения: _________________Формула его высшего оксида

__________, он относится к ________________типу.

Соответствующий ему гидроксид __________ (формула)

проявляет _______________________________(кислотные,

основные, амфотерные) свойства.