Строение атома и периодическая система элементов

101. Найдите длину волны электрона, имеющего скорость 2 · 10⁶ м/с.

Ответ: 3,6 Ǻ.

102. Вычислите энергию, поглощаемую атомом водорода при переходе электрона из состояния n = 1 в состояние n = 2.

Ответ: 10,2 эВ.

103. Определите длину волны α-частицы массой 6,64 · 10^-27 кг, перемещающейся со скоростью 1  10⁴ м/с.

Ответ: 9,98 · 10^-12 м.

104. Какова энергия электрона, если его масса равна 9 ·10^-28 г, а скорость составляет 70 % от скорости света?

Ответ: 1,2 · 10⁵ эВ.

105. Вычислите, сколько фотонов с длиной волны 500 нм регистрируется глазом человека, если он воспринимает сигнал с энергией 1,6 ·10^-17 Дж.

Ответ: 40,27.

106. Какова длина волны де Бройля для электрона, если его кинетическая энергия 13,6 эВ?

Ответ: 910 нм.

107. Каково массовое число атома железа с 30 нейтронами?

Ответ: 56.

108. Сколько нейтронов содержится в ядре атома золота с массовым числом 197?

Ответ: 118.

109. Природный кремний имеет три изотопа, содержащие в ядрах 14, 15 и 16 нейтронов. Относительное содержание их соответственно 92,2; 3,7 и 3,9 % мас. Вычислите среднюю атомную массу кремния.

Ответ: 28,07 а. е. м.

110. Природный бор имеет атомную массу 10,811 и состоит из изотопов ¹⁰В и ¹¹В. Найдите относительное содержание этих изотопов, считая их атомные массы целочисленными.

Ответ: 18,9 %; 81,1 %.

111. Природный магний состоит из изотопов и. Вычислите среднюю атомную массу природного магния, если содержание отдельных изотопов соответственно равно 78,6; 10,1 и 11,3 % атом.

Ответ: 24,327 а. е. м.

112. Массовое число атома некоторого элемента равно 181, в электронной оболочке атома содержится 73 электрона. Укажите число протонов и нейтронов в ядре и назовите элемент.

Ответ: р = 73, n = 108, тантал.

113. Какова погрешность в определении координаты протона Δx, движущегося со скоростью 2 · 10⁴ м/с, если погрешность в определении его скорости Δv_х составляет 2 %.

Ответ: 1,58  10^–10 м.

114. Какое количество энергии несет один квант света с длиной волны 7,5 · 10^-7 м?

Ответ: 1,66 эВ.

115. Вычислите энергию возбуждения электрона в атоме натрия, если при его возбуждении поглощается фотон с длиной волны 4340 · 10^-10 м.

Ответ: 4,58  10^–19 Дж.

116. Определите энергию перехода электрона в атоме водорода, которой соответствует красная линия спектра испускания ( = = 656 нм).

Ответ: 3,03  10^–19 Дж.

117. Массовое число атома некоторого элемента равно 207, в электронной оболочке атома содержится 82 электрона. Укажите число протонов и нейтронов в ядре и назовите элемент.

Ответ: р = 82, n = 125, свинец.

118. Природный азот состоит из смеси двух устойчивых изотопов с массовыми числами 14 и 15. Пользуясь значением средней атомной массы, определите содержание изотопа ¹⁵N (в % атом.) в смеси.

Ответ: 0,67 % атом.

119. Вычислите энергию возбуждения электрона в атоме лития, если при его возбуждении поглощается фотон с длиной волны 5440 · 10^–10 м.

Ответ: 2,285 эВ.

120. По символу изотопа элемента указать название элемента, число протонов и нейтронов в его ядре и число электронов, содержащихся в электронной оболочке.

Ответ: Ag, : р = 47, n = 60, е = 47.

121. Природный селен состоит из смеси шести устойчивых изотопов с массовыми числами 74, 76, 77, 78, 80 и 82. Массовая доля этих изотопов в смеси равна: ⁷⁴Se – 0,0087; ⁷⁶Se – 0,0902; ⁷⁷Se – 0,0758; ⁷⁸Se – 0,2352; ⁸⁰Se – 0,4982; ⁸²Se – 0,0919. Определите среднюю атомную массу природного селена.

Ответ: 79,073 а. е. м.

122. Какую энергию надо сообщить невозбужденному атому водорода, чтобы он мог испускать излучение с длиной волны λ= = 1500 · 10^–10 м?

Ответ: 1,326  10^–18 Дж.

123. Природный галлий состоит из изотопов и. Определите содержание отдельных изотопов в атомных процентах, если средняя атомная масса галлия равна 69,72.

Ответ: состав (% атом.): – 36;– 64.

124. Вычислите длину волны де Бройля, которая соответствует электрону с массой 9,1 · 10^-28 г, движущемуся со скоростью 6 · 10⁶ м/с.

Ответ: 1,214  10^–16 м.

125. По символу изотопа элемента указать название элемента, число протонов и нейтронов в его ядре и число электронов, содержащихся в электронной оболочке.

Ответ: Cr, р = 24, n = 28, е = 24.

126. Запишите электронную конфигурацию иона Se^2–. Изменяется ли радиус отрицательного иона селена по сравнению с нейтральным атомом селена и как?

127. Напишите электронные конфигурации валентных оболочек ионов: Br ^–; Al³⁺; Sn²⁺; Se^2–; Р³⁺; Р ^3–.

128. Напишите электронную формулу и составьте электронно-графическую схему элемента № 43.

129. Пользуясь правилом Гунда, покажите распределение электронов по квантовым орбиталям у атомов хлора, кобальта и азота.

130. Покажите в виде схемы, как располагаются 8 электронов на d- и f-подуровнях.

131. Составьте электронную формулу элемента с порядковым номером 25. Распределите его валентные электроны по квантовым ячейкам и укажите для них значения четырех квантовых чисел.

132. Составьте электронную формулу атома аргона. Приведите примеры двух катионов и двух анионов с такой же электронной структурой. Расположите эти частицы в порядке возрастания их радиуса. Ответ мотивируйте.

133. Для каких элементов атомы имеют в невозбужденном состоянии только по два электрона на четвертом квантовом уровне? Напишите их электронные формулы. К каким электронным семействам относится каждый из них?

134. Напишите электронные формулы для атомов элементов, содержащих в ядре: а) 15 протонов и 16 нейтронов; б) 11 протонов и 12 нейтронов.

135. Ядро атома элемента содержит 10 нейтронов. Электронная оболочка атома содержит 9 электронов. Какой это элемент? Напишите его электронную структуру.

136. Какие из перечисленных ионов будут изоэлектронными (содержащими одинаковое число электронов): Fe²⁺; Mn²⁺; Со³⁺; Ni²⁺?

137. У атомов элементов II (В) подгруппы наблюдается явление «провала» электрона. Запишите общую сокращенную электронную формулу атомов этих элементов без «провала» и с «провалом» электрона; чем обусловлен этот эффект?

138. Квантовые числа для электронов внешнего энергетичес­кого уровня атомов некоторого элемента имеют следующие значения:

Номер электрона	n	L	ml	ms
1	4	0	0	+ 1/2
2	4	0	0	– 1/2

Напишите электронную формулу атома этого элемента и определите, сколько свободных 3d-орбиталей она содержит.

139. Напишите электронные формулы атомов элементов и назовите их, если значения квантовых чисел электронов наружного и предпоследнего электронных слоев следующие:

	n	l	ml	ms
1-й элемент	6	0	0	+1/2
	6	0	0	–1/2
	6	1	–1	+1/2
2-й элемент	3	2	–2	+1/2
	3	2	–1	+1/2
	4	0	0	+1/2
	4	0	0	–1/2

140. У каких элементов валентные электроны имеют квантовые числа: а) n = 3, l = 1; б) n = 5, l = 0.

141. Напишите электронные формулы элементов с порядковыми номерами: а) 16; б) 22; в) 32; г) 55. К каким электронным семействам они относятся? На каких энергетических уровнях и подуровнях находятся их валентные электроны?

142. Укажите число электронов, участвующих в превращениях атомов в ионы: а) Mg → Mg²⁺; б) Al → Al³⁺; в) Cr → Cr⁶⁺; г) Si → → Si^4–; д) Mn → Mn⁷⁺. Составьте электронные формулы атомов и ионов этих элементов.

143. К каждому из перечисленных ниже ионов прибавлено по два электрона: As⁵⁺, Ti⁴⁺, V⁵⁺. Напишите электронные формулы исходных ионов и образующихся частиц.

144. В атоме элемента находится 5 энергетических уровней. На последнем энергетическом уровне имеется 7 валентных электронов. Какими квантовыми числами они характеризуются?

145. Какие значения имеют: а) орбитальные квантовые числа для энергетических подуровней, емкость которых равна 10 и 14; б) главные квантовые числа для энергетических уровней, емкость которых равна 32, 50 или 72?

146. Запишите электронную конфигурацию атома ванадия в основном состоянии и все квантовые числа его неспаренных электронов. Сколько свободных d-орбиталей содержится на пред­внешнем энергетическом уровне?

147. Напишите электронные формулы еще не открытых элементов № 110 и 113 и укажите, какое место они займут в периодической системе.

148. Атом элемента имеет электронную формулу 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶. Напишите для него электронные формулы иона Э^– и условного иона Э⁷⁺.

149. Запишите полные электронные формулы атомов и ионов: Zr ^4 -, Kr, Se²⁺. Отметьте их валентные электроны.

150. Определите порядковый номер элемента и запишите полную электронную формулу атома, если после присоединения к нему двух электронов квантовые числа валентных подуровней таковы:

Номер	Главное	Побочное	Магнитное	Спиновое
1	4	0	0	+1/2
2	4	0	0	–1/2
3	3	2	0	+1/2
4	3	2	–1	+1/2
5	3	2	–2	+1/2

151. Какое из состояний валентных электронов характеризуется более высокой энергией … 5s¹5р³; …5s²5р²; …4d²5s²; …3d³4s²? Ответ поясните.

152. Исходя из величин потенциалов ионизации, укажите, какой из приведенных элементов: Li, Na, K, Rb, Cs является более сильным восстановителем.

153. Объясните, почему существуют ионы Н^–, Cl^–, Аu^– и Na^–, но не существуют ионы He^–, Ne^–, Са^– и N^–?

154. Вычислите абсолютные значения электроотрицательнос­тей элементов лития и фтора по следующим данным: потенциал ионизации лития 4,88 эВ, фтора – 17,42 эВ; сродство к электрону лития 0,22 эВ, фтора – 3,44 эВ .

Ответ: ЭО(Li) = 2,55 эВ; ЭО(F) = 1,667  10 ^–18 Дж.

155. Вычислите третью энергию ионизации алюминия, если потенциал ионизации алюминия при отрыве третьего электрона равен 28,44 В.

Ответ: 2739 кДж/моль.

156. Вычислите относительную электроотрицательность углерода, если первый ионизационный потенциал углерода равен 11,26 В, а его сродство к электрону 1,12 эВ.

Ответ: ЭО(С) = 2,43.

157. Относительная электроотрицательность йода равна 2,5, а его ионизационный потенциал 10,45 В. Определите сродство йода к электрону (кДж/моль).

Ответ: 221,5 кДж/моль.

158. Сравните энергии ионизации у следующих пар атомов: бор и углерод, кремний и фосфор, кальций и цинк.

159. Для какого из двух атомов энергия ионизации больше: …6s²6p³ или …6s²6p⁴? Ответ объясните.

160. Сравните значения атомных радиусов элементов: Ca и Zn, Ca и Sr. Ответ объясните.

161. Для атома алюминия значения последовательных энергий ионизации составляют (эВ): I₁ = 6,0; I₂ = 18,8; I₃ = 28,4; I₄ = 120,0. Объясните, чем вызван резкий скачок при переходе от I₃ к I₄.

162. Сравните энергии ионизации и электроотрицательности у следующих пар атомов: а) …4d⁵5s¹ и …4d⁶5s¹; б) …5s²5p³ и …5s²5p⁴. Ответ объясните.

163. Сравните радиусы частиц: Mg²⁺, Ca²⁺, Ba²⁺. Ответ объясните.

164. Укажите, как изменяется энергия ионизации и атомный радиус при переходе от серы к фосфору.

165. Для какого из элементов энергия ионизации больше: …3s²3p⁶4s¹ или …3s²3p⁶4s²? Ответ объясните. Сравните значения энергии сродства к электрону для этих элементов.

166. Сравните энергию сродства к электрону у атомов третьего периода. Ответ объясните.

167. Объясните ход изменения значения энергии ионизации у элементов:

Элемент	Кальций	Барий	Цинк	Ртуть
I1, эВ	6,1	5,8	9,4	10,4

168. Исходя из величин потенциалов ионизации, докажите какой из приведенных элементов – Be, Ca, Mg, Sr, Ba – является более сильным восстановителем.

169. Сравните атомные радиусы элементов: скандия и иттрия; фосфора и серы. Ответ объясните.

170. Для какой электронной конфигурации радиус атома меньше: …5s²5p⁵ или …6s²6p⁵? Ответ мотивируйте.

171. Сравните радиусы атомов и значения электроотрицательностей у следующих пар атомов: а) стронций и кадмий; б) гафний и тантал. Ответ объясните.

172. Расположите в порядке уменьшения энергии сродства к электрону элементы: Ca, Mg, Zn. Ответ объясните.

173. Исходя из величин потенциалов ионизации, докажите какой из приведенных элементов – Р, Na или Ti – является более сильным восстановителем.

174. Для какой электронной конфигурации радиус атома больше: …3s²3p⁶ или …3s²3p⁵? Ответ мотивируйте.

175. Укажите, как изменяется энергия ионизации и атомный радиус при переходе от брома к селену и почему.

176. Электронные формулы атомов элементов заканчиваются так: а) 5р³, б) 3d³, в) 4р³, г) 5s², д) 6р⁴, е) 4р⁵. Определите место элемента в периодической системе и дайте характеристику его свойств.

177. Укажите общие черты и отличия в строении и свойствах элементов с окончаниями электронных формул: а) 4р³ и 6р³; б) 4s² и 4s¹3d¹⁰; в) 4р⁵ и 4р⁶; г) 5s² и 5s²4d¹.

178. Исходя из положения в периодической системе мышьяка и вольфрама, напишите формулы их гидроксидов, соответствующие их высшим степеням окисления. Укажите характер этих гидроксидов и дайте графическое изображение этих формул.

179. Исходя из степени окисления атомов соответствующих элементов, объясните, какой из двух гидроксидов обладает более сильными основными свойствами: а) CuOH или Cu(ОН)₂; б) Sn(ОН)₂ или Sn(ОН)₄? Напишите уравнения реакций, характеризующих свойства этих гидроксидов.

180. Исходя из положения металла в периодической системе, дайте мотивированный ответ на вопрос: какой из двух гидроксидов более сильное основание: а) Ва(ОН)₂ или Mg(ОН)₂; б) Са(ОН)₂ или Fe(ОН)₂; в) Cd(ОН)₂ или Sr(ОН)₂?

181. При нормальных условиях только 11 химических элементов в свободном виде являются газами и 2 элемента в свободном виде – жидкостями. Укажите символы и названия этих элементов. Верно ли утверждение, что в тех же условиях существует 11 газообразных простых веществ? Может ли быть их больше? Для какого простого вещества жидкое агрегатное состояние является необычным? Почему?

182. Какой из элементов пятого периода – цирконий или олово – обладает более выраженными металлическими свойствами? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов этих элементов.

183. Атомы каких элементов четвертого периода периодичес­кой системы образуют оксид, отвечающий их высшей степени окисления Э₂О₅? Какой из них дает газообразное соединение с водородом? Составьте формулы кислот, отвечающих этим оксидам, и изобразите их графически.

184. Составьте формулы оксидов и гидроксидов элементов третьего периода периодической системы, отвечающих их высшей степени окисления. Как изменяется кислотно-основной характер этих соединений при переходе от натрия к хлору? Напишите уравнения реакций, доказывающих амфотерность гидрок­сида алюминия.

185. У какого из элементов VII группы – хлора или йода – сильнее выражены неметаллические свойства? Почему? Какой из них образует более сильную кислоту? Исходя из максимальной валентности элемента по кислороду, напишите формулы этих кислот.

186. У какого из элементов I группы, калия или цезия, сильнее выражены металлические свойства? Почему? Какой из них образует более сильный гидроксид? Как можно получить этот гид­роксид?

187. Атом элемента имеет электронную формулу 1s²2s²2р⁶3s²3р⁶3d¹⁰4s²4p⁵. Определите место элемента в периодической системе и напишите для него электронные формулы ионов Э^– и Э⁵⁺.

188. Атом элемента имеет в основном состоянии электронную конфигурацию 1s²2s²2р⁶3s²3р². Укажите на основании этой конфигурации: а) порядковый номер элемента; б) число электронов в валентной оболочке; в) число неспаренных электронов в атоме элемента.

189. Какой из элементов четвертого периода – ванадий или мышьяк – обладает более выраженными металлическими свойствами? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов данных элементов.

190. У какого элемента четвертого периода – хрома или селена – сильнее выражены металлические свойства? Какой из этих элементов образует газообразное соединение с водородом? Ответ мотивируйте, исходя из строения атомов хрома и селена.

191. Какими химическими свойствами должен обладать элемент с порядковым номером 34? С каким элементом в периодической системе он должен быть наиболее сходен? Дайте обоснованный ответ.

192. Напишите уравнения реакций между: а) селеновой кислотой и гидроксидом стронция; б) хлорной кислотой и карбонатом лития; в) гидроксидом галлия и хромовой кислотой.

193. Почему в середине периодической системы появляется группа элементов (лантаноиды), у которых увеличение порядкового номера не вызывает существенного изменения их химичес­ких свойств?

194. Укажите, которая из двух сравниваемых кислот является более сильной: а) H₂SO₃ или H₂SO₄; б)H₃PO₄ или H₃VO₄. Ответ поясните.

195. Как изменяется сила кислот в ряду H₂SO₄ → H₂SeO₄ → → H₂TeO₄? Ответ мотивируйте.

196. Укажите элементы, электронные формулы валентного слоя которых соответствуют …(n – 1)d ²ns². Напишите для них формулы высших оксидов и гидроксидов. Запишите для них структурные схемы.

197. Исходя из положения азота и кремния в периодической системе, укажите максимальную и минимальную степени окисления элементов. Приведите примеры соединений с такими степенями окисления.

198. В каких группах периодической системы находятся элементы, образующие газообразные соединения с водородом? Какие из этих соединений обладают кислотными свойствами?

199. Назовите элемент четвертого периода, высший оксид которого образует с водородом солеподобное соединение состава ЭН₂.

200. Высший оксид элемента побочной подгруппы имеет состав ЭО₃ и содержит 33 % мас. кислорода. Назовите данный элемент и укажите, к какому семейству он относится.