Периодическая система химических элементов и строение атома Обязательный минимум знаний

Схема 1

Символика периодической таблицы

Элемента → число протонов (заряд ядра), число электронов на электронной оболочке атома

№ Периода → число электронных слоев (энергетических уровней) в

электронной оболочке атома

Группы → число электронов на внешнем слое атома (для элементов А групп), число валентных электронов (для элементов А и В групп)

Изменение свойств элементов и образованных ими веществ в пределах одного периода.

1) Возрастают

- заряд атомного ядра

- число электронов на внешнем слое атома

- степень окисления элементов в высших оксидах и гидроксидах (как правило, равная номеру группы)

- электроотрицательность

- окислительные свойства

- неметаллические свойства простых веществ

- кислотные свойства высших оксидов и гидроксидов

2) Уменьшаются

- радиус атома

- металлические свойства простых веществ

- восстановительные свойства

- основные свойства высших оксидов и гидроксидов

3) Не изменяется число электронных слоев (энергетических уровней) в атомах.

Изменение свойств элементов и образованных ими веществ в пределах одной А группы.

1) Возрастают

- заряд атомного ядра

- число электронных слоев (энергетических уровней в атоме)

- радиус атома

- восстановительные свойства

- металлические свойства простых веществ

- основные свойства высших оксидов и гидроксидов

- кислотные свойства (степень электролитической диссоциации) бескислородных кислот

2) Уменьшаются

- электроотрицательность

- окислительные свойства

- неметаллические свойства простых веществ

- прочность (устойчивость) летучих водородных соединений

3) Не изменяются

- число электронов на внешнем слое атома

- степень окисления элементов в высших оксидах и гидроксидах (как правило, равная номеру группы)

Примеры тестовых заданий и рекомендации к их выполнению

1. Атомы химических элементов четвертого периода имеют одинаковое число

1) электронов на внешнем энергетическом уровне

2) нейтронов

3) энергетических уровней

4) протонов

Зная указанный выше минимальный объем сведений, нетрудно выбрать верный ответ. Ответ 3.

2. Строение атомов элементов IIА группы сходно по

1) числу электронов в атоме

2) числу электронов на внешнем слое

3) числу энергетических уровней на электронной оболочке

4) радиусам атомов

Верный ответ вытекает из указанного выше минимального объема сведений. Ответ 2.

3. Какая из характеристик атомов одинакова для всех элементов третьего периода периодической системы химических элементов?

1) число энергетических уровней

2) радиус атомов

3) число электронов на внешнем энергетическом уровне

4) число протонов в ядре атома

Так как задание предусматривает рассмотрение характеристик атомов в пределах одного периода, то нетрудно выбрать верный ответ. Ответ 1.

4. В группах с ростом порядкового номера атомов химических элементов увеличивается

1) число валентных электронов

2) атомный радиус

3) электроотрицательность

4) кислотность гидроксидов

Задание предусматривает рассмотрение характеристик атомов в пределах одной группы. Ответ 2.

5. Наименьший радиус имеет атом

1) фтора 2) бериллия 3) бария 4) кремния

Наименьший радиус атома имеет элемент, расположенный как можно правее и как можно выше в периодической таблице химических элементов. Этому условию отвечает фтор. Ответ 1.

6. Атому с наибольшим радиусом соответствует электронная конфигурация

1) 1s²2s²2p⁶3s²3p¹

2) 1s²2s²2p⁴

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

4) 1s²2s²2p²

Это задание является более сложным, чем рассмотренные выше, так как предусматривает сравнение не самих элементов, а их электронных формул. Однако, зная правила написания таких формул, нетрудно решить, что наибольший радиус имеют атомы элементов, у которых большее число энергетических уровней (ответы 1 и 3) и меньшее число электронов на внешнем уровне. Ответ 1.

Еще более сложным может быть задание в части А теста ЕГЭ, если его условие звучит так: атому неметалла с наибольшим радиусом соответствует электронная конфигурация (варианты ответов как в задании 6). В этом случае придется работать с третьим параметром для выбора верного ответа – с металлическими и неметаллическими свойствами простых веществ, образованных химическими элементами. Этому параметру не соответствует ответ 1, верным будет ответ 3.

7. Наибольший радиус имеет ион

1) Rb⁺ 2)Sr ²⁺ 3) Te^2- 4) I ^-

Это задание повышенной сложности, так как для его выполнения необходимо учесть не только закономерности изменения радиусов атомов элементов в пределах одного периода, но и то, что в условии речь идет об ионах. Очевидно, что для атомов верен был бы ответ 1 – атом рубидия имеет наибольший радиус по сравнению с атомами остальных элементов. Однако ион Rb⁺ лишился внешнего электронного слоя и содержит только четыре энергетических уровня. Аналогичная ситуация и у иона стронция Sr ²⁺ .

Ионы Te² и I^- сохранили внешний пятый энергетический уровень, на который их атомы приняли, соответственно, 1 и 2 электрона. Так как сила электростатического притяжения между ядром и электронами на электронной оболочке атома больше у иона I^-, следовательно, его радиус будет меньше радиуса иона Te^2- . Ответ 3.

8. Наименьший радиус имеет ион

1) Cl ^- 2) Mg ²⁺ 3) S^2- 4) Ca²⁺

Рассуждения, аналогичные выбору верного ответа для задания 7, позволяют прийти к правильному выводу – наименьший радиус имеет ион Mg ²⁺. Ответ 2.

9. Элемент, имеющий электронную конфигурацию 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s², в периодической системе находится в

1) III периоде, VIIIБ группе

2) IV периоде, IIА группе

3) IV периоде, IIВ группе

4) III периоде, VIIIА группе

Выбор верного ответа основан на понимании смысла электронных формул элементов. Очевидно, что предложенный в задании элемент с указанной формулой не может быть элементом третьего периода: в формуле имеется фрагмент 4s². Анализ этого фрагмента позволяет определить верный ответ с учетом того, что фрагмент 3s²3p⁶ не содержит d-орбиталей. Ответ 2.

10. Атом хрома имеет электронную конфигурацию

1) 1s²2s²2p⁴

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s¹

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

Обращение к положению хрома в периодической таблице позволяет сделать следующий вывод: поскольку это элемент 4 периода, то единственно возможный вариант ответа – вариант 2, поскольку в формуле имеется фрагмент 4s¹. Отпадает необходимость рассматривать особенности строения атома этого элемента (характеризовать строение внешнего и предвнешнего энергетических уровней атома, «провал электрона»). Такой подход и позволяет увеличит резерв времени для выполнения заданий частей В и С теста ЕГЭ. Ответ 2.

11. Сходную конфигурацию внешнего энергетического уровня имеют элементы хлор и

1. марганец 2) сера 3) аргон 4) бром

Так как сходную конфигурацию внешнего энергетического уровня имеют атомы элементов одной группы, то отправной точкой для выбора верного ответа явится определение группы, в которой находится хлор – VIIА. Из предложенных вариантов этому условию соответствует бром. Ответ 4.

12. Число электронов на 3p-орбиталях атома фосфора в основном состоянии равно

1) пяти 2 ) двум 3) трем 4) четырем

Для нахождения верного ответа необходимо определить период и группу, в которой находится фосфор: III и V, соответственно. Следовательно, его атом в основном состоянии на третьем, внешнем, уровне имеет 5 электронов, из которых два расположены на 3s-орбитали. Отсюда - число электронов на 3p-орбиталях атома фосфора в основном состоянии равно трем. Это задание можно выполнить еще проще: у элементов А групп число электронов в атомах на внешних р-орбиталях можно найти по формуле «8-№ группы». Ответ: 3.

13. У атома кремния в основном состоянии число неспаренных электронов равно

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

Это задание решается согласно первой части рекомендации, предложенной для выполнения задания 12. Число неспаренных электронов равно 2. Ответ 2.

14. Атом серы в максимально возбужденном состоянии имеет электронную конфигурацию валентных электронов

1) 3s²3p⁴3d⁰

2) 3s²3p³3d¹

3) 3s¹3p²3d²

4) 3s¹3p³3d²

Для определения верного ответа вначале необходимо вспомнить, что такое основное (нормальное) и возбужденное состояние атома химического элемента, а также то, что его валентные возможности, которые отражает конфигурация валентных электронов, определяются числом непарных электронов. Понятно, что согласно условию задания, у серы оно равно 6. Так как у атома серы, как элемента VI А группы III периода, валентные электроны в любом состоянии располагаются на 3-м энергетическом уровне, следовательно, эти шесть электронов должны располагаться по одному на каждой орбитали (одной s-, трех p-, пяти d-), причем в следующем порядке: s→ p→ d. Ответ 4.

15. Не может находиться в возбужденном состоянии атом

1) углерода 2) азота 3) фосфора 4) серы

Экзаменующийся должен сразу отбросить элементы III периода (ответы 3 и 4), так как у их атомов появляются свободные d-орбитали, на которые могут перейти парные электроны предшествующих орбиталей при возбуждении. Остается выбрать между углеродом и азотом, элементами II периода, атомы которых не имеют d-орбиталей. Очевидно, что при возбуждении электрон должен перейти на свободную p-орбиталь. В атоме азота свободная р-орбиталь отсутствует, следовательно, атомы этого элемента не могут переходить в возбужденное состояние. Ответ 2.

16. Электронная конфигурация иона хлора Cl^-

1) 1s²2s²2p⁶3s²3p³

2) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴

3) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶

Для выполнения этого задания необходимо определить положение хлора в периодической системе химических элементов: VIIА группа третьего периода. Следовательно, все предложенные электронные формулы отражают строение атомов или ионов этого периода. Ион Cl^- содержит один лишний электрон по сравнению с атомом хлора и, значит, будет иметь 8 электронов на внешнем уровне. Ответ 4.

17. Одинаковую электронную конфигурацию имеют атомы неона и:

1) Mg^{+ 2} 2) S^-2 3) Cl⁺¹ 4) Be⁺²

Ключом к нахождению правильного ответа является определение периода, в котором находится неон – 2. Следовательно, условию задания будет соответствовать катион магния. Ответ 1.

18. Частицей, имеющей такое же строение электронной оболочки, как у атома аргона, является

1) Сl³⁺ 2) Сl⁺ 3) Сl⁰ 4) Сl^-

Для определения правильного ответа нужно сравнить порядковые номера аргона и хлора, как элементов одного и того же третьего периода: № 17 и №18. Чтобы иметь такое же строение электронной оболочки, как у атома аргона, атому хлора необходимо принять один электрон. Этому условию соответствует ответ 4. Ответ 4.

19. Число электронов в ионе Al³⁺ равно

1) 13 2) 18 3) 5 4) 10

Это несложное задание решается просто: ион алюминия по сравнению с его атомом «потерял» три электрона, следовательно, 13 – 3 = 10. Ответ 4.

20. Наибольшее значение электроотрицательности имеет атом, электронная конфигурация которого

1) 1s²2s²2p¹

2) 1s²2s²2p⁴

3) 1s²2s²2p⁵

4) 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

Наибольшее значение электроотрицательности имеет атом, расположенный в наименьшем (по номеру) периоде и наибольшей (по номеру) группе (но не в группе VIII А). Ответ 3.

21. Элементу, электронная формула которого 1s²2s²2p⁶3s²3p² , соответствует водородное соединение

1) хлороводород

2) сероводород

3) фосфин

4) силан

Это задание достаточно сложное, так как предусматривает знание двух основных факторов для определения верного ответа: электронных формул элементов и тривиальных названий летучих водородных соединений неметаллов. Решающим является именно второй фактор, ибо без знания тривиальных названий это задание выполнить невозможно. Необходимо записать формулы предложенных соединений: HCl, H₂S, PH₃, SiH₄. Нетрудно заметить, что эти соединения образованы элементами одного и того же третьего периода. Сумма электронов на орбиталях третьего периода и позволит определить номер группы, в которой находится искомый элемент – это кремний. Следовательно, соответствующее водородное соединение - силан. Еще проще задание решается, если по электронной формуле находится сумма электронов (т.е. порядковый номер) у атома искомого элемента – 14. И в первом, и во втором случаях, даже незнание тривиальных названий позволяет определить правильный ответ по анализу названий летучих водородных соединений: понятно, что ни хлор, ни сера, ни фосфор не образуют искомого водородного соединения. Методом исключения экзаменующийся приходит к выводу, что таким соединением является силан. Окончательно утвердиться в правильности своего выбора ему позволит латинское название кремния – «silicium». Ответ 4.

22. Атом химического элемента, высший оксид которого Э₂О₅ , имеет конфигурацию внешнего энергетического уровня

1) ns²np¹ 2) ns²np² 3)ns²np³ 4)ns²np⁴

Для определения правильного ответа необходимо найти степень окисления элемента в предложенном оксиде - +5. Следовательно, атом искомого элемента должен содержать на внешнем уровне 5 электронов. Этому требованию удовлетворяет ответ 3. Ответ 3.

23. В порядке усиления неметаллических свойств простых веществ образующие их элементы расположены в ряду:

1) C, Si, Ge 2) Se, S, O 3) F, O, N 4) Se, As, Ge

Это задание требует знание закономерностей изменения металлических и неметаллических свойств простых веществ, образованными химическими элементами, в периодах и группах. Анализ положения предложенных троек элементов в периодической таблице позволит выпускнику придти к выводу, что варианты 1 и 2 содержат по три элемента, соответственно, 4 и 6 групп. Однако, если в первой тройке элементы расположена в порядке возрастания зарядов их атомных ядер, то во второй, наоборот, в порядке их убывания. Поэтому условию задания соответствует ответ 2. Остальные задания, в целях экономии времени, можно даже не анализировать, так как верный ответ найден. Ответ 2

24. В порядке усиления металлических свойств элементы расположены в ряду:

1) Al,Ca,K 2) Ba, Ca, Mg 3) K, Ca, Ga 4) Na, Mg, Al

Это задание выполняется в той же логике, что и предыдущее. Однако его можно было выполнить еще проще: так как металлические свойства наиболее выражены у щелочных металлов, то, очевидно, именно щелочной металл должен завершать искомую тройку элементов. Ответ 1.

25. Легче всего присоединяют электроны атомы

1) хлора 2) серы 3) селена 4) брома

Присоединение электронов характеризует окислительные свойства элементов. Наиболее выражены эти свойства у элементов, имеющих большее значение номера группы и меньшее значение номера периода. Ответ 1.

26. Высший оксид и соответствующий ему гидроксид с наиболее выраженными кислотными свойствами образует

1) фосфор 2) кремний 3) хлор 4) сера

Анализ положения предложенных условием задания элементов в периодической таблице позволяет придти к выводу, что все они находятся в третьем периоде. Знание закономерностей изменения кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов, образованных элементами одного периода, даст возможность определить верный ответ. Ответ 3.

27. Оксид и соответствующий ему гидроксид с наиболее выраженными основными свойствами образует

1) стронций 2) кальций 3) индий 4) алюминий

Задание выполняется по рекомендации к предыдущему заданию. Ответ 1.

28. Летучие водородные соединения состава ЭН₃ образуют:

1) Be, Ca, Sr 2) P, As, Sb 3) Ga, Al, B 4) Fe, S, Sc

Ключом к выбору верного ответа является «шпаргалка по химии всех времен и народов» - таблица Д.И. Менделеева. В ней формула ЭН₃ записана под VА группой. Ответ 3.

29. У соединений элементов 3 периода слева направо возрастают

1) основные свойства высших гидроксидов

2) восстановительные свойства водородных соединений

3) кислотные свойства высших гидроксидов

4) основные свойства высших оксидов

Знание минимального объема сведений по теме позволяет выбрать верный ответ. Ответ 3.

30. Устойчивость водородных соединений элементов VIА группы с ростом заряда ядра атома

1) увеличивается

2) уменьшается

3) не изменяется

4) сначала увеличивается, затем уменьшается.

Знание минимального объема сведений по теме позволяет выбрать верный ответ. Ответ 2.

Если вы усвоили технологию экономичного по времени способа выполнения заданий по данной тематике, постарайтесь самостоятельно выполнить следующие тестовые задания. Рекомендуем вам вести учет времени, которое вы затратите на эту работу. Оптимальное время - 45-50 минут.