- Задание 1. Электронная конфигурация. ЕГЭ 2024 по химии
- Задачи для практики
- Задача 1
- Задача 2
- Задача 3
- Задача 4
- Задача 5
- Задача 6
- Задача 7
- Задача 8
- Задача 9
- Задача 10
- Задача 11
- Задача 12
- Задача 13
- Задача 14
- Задача 15
- Задача 16
- Задача 17
- Задача 18
- Задача 19
- Теория для 1 задания ЕГЭ по химии
- Правило Хунда: электроны заполняют атомную орбиталь таким образом, чтобы её суммарный спин был максимальным.
Задание 1. Электронная конфигурация. ЕГЭ 2024 по химии
Средний процент выполнения: 79.2%
Ответом к заданию 1 по химии может быть последовательность цифр, чисел или слов. Порядок записи имеет значение.
Теория к 1 заданию: читать
Задачи для практики
Задача 1
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют в возбуждённом состоянии электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1np3nd1. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация ns1np3nd1 в возбужденном состоянии показывает, что на внешнем слое у атома будет расположено 5 электронов, значит нужны элементы из пятой группы главной подгруппы, таких три: азот, фосфор и мышьяк. Однако атом азота не может переходить в возбужденное состояние, так как на втором энергетическом уровне нет d — подуровня, следовательно, ответ: фосфор и мышьяк.
Задача 2
Определите, анионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 5s25p6. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Анионы образуются из нейтральных атомов неметаллов при присоединении электронов:
$Э^0 + nē = Э^{n–}$
Электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня $5s^{2}5p^{6}$ имеет ксенон Xe, который находится в главной подгруппе VIII группы пятого периода, следовательно, анионы с такой электронной конфигурацией могут образовывать атомы неметаллов, находящихся в пятом периоде, т. е. теллур (ответ — 1) и йод (ответ — 2).
Вывод: правильные ответы — 1, 2.
Задача 3
1) Al 2) S 3) P 4) Cr 5) Si
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии во внешнем слое содержат один неспаренный электрон. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Здесь лучше всего расписать конфигурации атомов, но можно и запомнить, что 1 неспаренный электрон на внешнем уровне имеют атомы элементов 1,3 и 7 групп главных подгрупп или атомы элементы с провалом электрона. В 3 группе находится алюминий (3s2 3p1), а у хрома имеется провал электрона (3d5 4s1)
Задача 4
1) Mg 2) Bi 3) Ba 4) Sr 5) Al
Определите, катионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 3s0. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $3s^0$ описывает строение внешнего энергетического уровня, следовательно, элемент имеет три энергетических уровня, то есть находится в третьем периоде. Из предложенных элементов в третьем периоде находятся магний(Mg) и алюминий(Al). Обрати внимание, что речь идет про катионы!
Задача 5
1) I 2) N 3) Br 4) P 5) Cl
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np3. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Конфигурация внешнего энергетического уровня $ns^{2}np^{3}$ означает, что на внешнем энергетическом уровне атома находится 5 электронов, следовательно, это атом элемента, стоящего в главной подгруппе V группы таблицы Менделеева. Из предложенных элементов в главной подгруппе V группы находятся N и P.
Задача 6
1) Bi 2) N 3) Br 4) P 5) Cl
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np5. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронную конфигурацию $ns^{2}np^{5}$ имеют элементы, которые находятся в 7 группе главной подгруппы, такими элементами являются бром и хлор.
Задача 7
1) K 2) S 3) Na 4) Si 5) Se
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np4. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Конфигурация внешнего энергетического уровня $ns^{2}np^{4}$ означает, что на внешнем энергетическом уровне атома находится 6 электронов, а заполнение только s и p подуровней указывает на элементы главной подгруппы. Следовательно, это атомы элементов, стоящих в главной подгруппе VI группы таблицы Менделеева. Из предложенных элементов в главной подгруппе VI группы находятся S и Se.
Задача 8
1) S 2) Na 3) He 4) Cl 5) Se
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np4. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронную конфигурацию $ns^{2}np^{4}$ имеют элементы, которые находятся в 6 группе главной подгруппы, такими элементами являются сера и селен.
Задача 9
1) Mg 2) Al 3) Sb 4) N 5) Bi
Определите, катионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 3s0. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Конфигурация внешнего энергетического уровня КАТИОНА $3s^0$ означает, что данный элемент, образующий такой катион, имеет три энергетических уровня, следовательно, в таблице Менделеева находится в III периоде. Из представленных элементов в III периоде находятся Mg и Al.
Задача 10
1) Cu 2) Te 3) Se 4) Ag 5) O
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1(n–1)d10. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Элементы с такой конфигурацией должны находиться в побочной подгруппе, поскольку заполняется d подуровень ( произошел перескок электрона в связи с устойчивостью полностью заполненного d подуровня), поскольку внешних электронов 1, то группа первая. Ищем элементы I группы побочной подгруппы.
Задача 11
1) Ti 2) Cl 3) Zr 4) I 5) F
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию энергетического уровня ns2(n–1)d2. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $ns^{2}(n–1)d^2$ указывает на то, что перед нами d-элемент, а значит, находится в побочной подгруппе. Галогены Cl, I и F находятся в главной подгруппе VII группы, а титан Ti и цирконий Zr — в побочной подгруппе IV группы, имеют 2 электрона на внешнем энергетическом слое.
Задача 12
1) S 2) K 3) O 4) Te 5) Na
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня $ns^1$ имеют элементы главной подгруппы I группы. Из представленных к ним относятся калий К и натрий Na.
Задача 13
1) N 2) S 3) P 4) Se 5) As
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют в возбуждённом состоянии электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1np3nd1. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня $ns^1np^3nd^1$ означает, что на нём находится 5 электронов (в возбуждённом состоянии количество электронов не отличается от основного состояния), следовательно, элемент находится в V группе Периодической таблицы. Из предложенных элементов в главной подгруппе V группы находятся N, P и As, но азот не имеет d- подуровня, поэтому не может иметь такую конфигурацию внешнего энергетического уровня.
Задача 14
1) Mg 2) Cl 3) S 4) Br 5) Ca
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns2np5. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация внешнего энергетического уровня $ns^{2}np^{5}$ свидетельствует о наличии на внешнем энергетическом слое 7 электронов, следовательно, искать нужно элементы VII группы, к ним относятся Cl и Br.
Задача 15
1) Te 2) Be 3) I 4) Ba 5) Sr
Определите, катионы каких из указанных в ряду элементов могут иметь электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 5s2. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $5s^2$ у катиона(!) показывает, что на внешнем слое было как минимум 3 электрона (часть от отдал, чтобы стать катионом), при этом внешний слой – пятый. Поэтому из всех элементов выбираем те, которые находятся в 5 периоде и в группах от третьей и дальше. Таких элементов два: теллур и иод, которые в степени окисления +4 и +5, соответственно, будут иметь конфигурацию $5s^2$.
Задача 16
1) Li 2) Se 3) K 4) S 5) Cs
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в возбуждённом состоянии могут иметь электронную конфигурацию ns2np3nd1. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $ns^{2}np^{3}nd^{1}$ говорит о наличии шести электронов на последнем энергетическом слое атома. В возбуждённом состоянии электроны переходят на другой энергетический подуровень, но количество их не меняется, поэтому оно равно номеру группы, следовательно, подходят элементы шестой группы — селен и сера.
Задача 17
1) O 2) S 3) N 4) Te 5) P
Определите, анионы каких из указанных в ряду элементов имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня 3s23p6. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $3s^{2}3p^6$ описывает строение внешнего энергетического уровня, следовательно, элемент имеет 3 энергетических уровня, то есть находится в третьем периоде. Из предложенных элементов в третьем периоде находятся фосфор (P) и сера (S). Фосфор принимает 3 электрона, чтобы образовать анион P$^{3-}$, а сера принимает 2 электрона, чтобы образовать анион S$^{2-}$
Задача 18
1) Ga 2) S 3) B 4) In 5) Se
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в возбуждённом состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns1np3nd2. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Электронная конфигурация $ns^1np^3nd^2$ в возбужденном состоянии показывает, что на внешнем слое у атома будет расположено 6 электронов, значит нужны элементы из шестой группы главной подгруппы, таких два: сера и селен.
Задача 19
1) As 2) Cr 3) Na 4) V 5) Sc
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют 1 неспаренный электрон во внешнем слое в основном состоянии. Запишите в поле ответа номера выбранных элементов.
Решение
Для определения количества неспаренных электронов на внешнем слое нужно представить электронную конфигурацию атома. Атом натрия находится в 3 периоде, поэтому имеет 3 слоя. Всего он имеет 11 электронов, поэтому на последнем слое атом натрия имеет один неспаренный электрон. Атом хрома находится в 4 периоде, он имеет 4 слоя, 3d подуровень заполняется после 4s, но у хрома происходит провал электрона, один электрон с 4s падает на 3d, чтобы быть более энергетически устойчивым, так как в таком случае атом не будет иметь пустых орбиталей на 3d. У мышьяка 3 неспаренных электрона на внешнем слое. У скандия и ванадия их нет.
Теория для 1 задания ЕГЭ по химии
Первое задание в ЕГЭ по химии посвящено электронной конфигурации атома. Для его выполнения дается ряд химических элементов, среди которых нужно выбрать два с одинаковым свойством. Какие могут быть свойства:
- одинаковое число валентных электронов,
-
одинаковое количество неспаренных электронов в основном или возбужденном состоянии,
-
одна и та же общая электронная конфигурация валентного уровня.
Для правильного выполнения этого задания полезно помнить последовательность заполнения электронами атомных орбиталей, которую легко понять по этому рисунку:
Атом является электронейтральной частицей. Положительный заряд ядра уравновешивается числом отрицательно заряженных электронов, которые движутся в его поле. Заряд ядра атома химического элемента равен его порядковому номеру в периодической системе Д.И. Менделеева. При переходе от одного элемента к следующему заряд ядра увеличивается на единицу. И на единицу возрастает число электронов в атоме. Каждый следующий добавляемый электрон занимает низшую свободную атомную орбиталь.
Давайте рассмотрим электронную конфигурацию на примере самого просто атома водорода. Заряд ядра атома водорода +1. Значит, в поле ядра движется 1 электрон, и он занимает самую первую по энергии атомную орбиталь — 1s. Электронная формула атома водорода таким образом записывается:
У атома гелия (заряд ядра +2) следующий электрон займет ту же самую s-орбиталь, однако спин у него будет противоположный (стрелка, изображающая электрон, направлена в другую сторону):
На этом ёмкость 1 энергетического уровня становится полностью заполненной. Поэтому следующий электрон, который появляется у атома лития, займёт s-орбиталь второго энергетического уровня (2s-орбиталь). Его электронная формула записывается:
Правило Хунда: электроны заполняют атомную орбиталь таким образом, чтобы её суммарный спин был максимальным.
Другими словами, при заполнении p, d, f-орбиталей электроны сначала будут занимать квантовые ячейки орбитали по одному, и только потом будут спариваться. По этому поводу можно привести хорошую аналогию: при размещении пассажиров в изначально пустом трамвае, если все люди незнакомы, они будут занимать сначала места по одному, и только когда мест станет не достаточно, незнакомые люди станут занимать места рядом с теми, кто зашел в трамвай раньше. На этом основании запишем электронную конфигурацию атома серы и изобразим распределение электронов по квантовым ячейкам:
В образовании химических связей участвуют только электроны внешнего (валентного) энергетического уровня. В атоме серы таким уровнем является третий. На нём расположено шесть электронов, два из которых не спарены.
Число валентных электронов в атоме равно номеру группы (исключения: атомы кобальта и никеля, у них число валентных электронов равно 9 и 10, соответственно).
Особой энергетической устойчивостью обладают наполовину и полностью заполненные орбитали.
Запишем электронную конфигурацию атома хрома. Найдем хром в таблице Менделеева. Его порядковый номер — 24. Это означает, что заряд ядра атома Cr +24, следовательно в поле ядра движется 24 электрона.
Распределим 24 электрона по орбиталям, пользуясь уже известными нам правилами. Помним, что между 4s и 4p-орбиталями заполняется 3d-орбиталь:
Однако, на d-орбитали не хватает одного электрона до наполовину заполненного состояния. А наполовину заполненные орбитали отличаются пониженной энергией. Всё в мире стремится к минимуму энергии; и атом тоже. Поэтому один электрон с 4s-орбитали перескакивает на 3d-орбиталь, благодаря близости энергий этих орбиталей. В результате реальная электронная конфигурация атома хрома записывается так:
Символом в квадратных скобках (у нас это — [Ar]) принято сокращать электронную конфигурацию полностью заполненных невалентных нижних энергетических уровней. У всех благородных газов, которые находятся в 18 группе длиннопериодного варианта периодической системы или в 8 группе краткопериодного, орбитали заполнены полностью, и чтобы не переписывать каждый раз одно и то же пользуются таким способом сокращения записи.
Таким же исключением из правил является атом меди. Ему не хватает одного электрона для полного заполнения 3d-орбитали. И он, как и хром, берет этот электрон с 4-s орбитали:
Именно на тех же основаниях электронная конфигурация молибдена — [Kr] 4d(5)5s(1) (надстрочные индексы указаны в скобках), серебра — [Kr] 4d(10) 5s(1).
Пользуясь информацией, изложенной выше, можно легко вычислить число валентных, внешних и неспаренных электронов в атоме и безошибочно выполнить первое задание ЕГЭ, за которое можно получить 1 первичный балл.
Второе вещество — оксид серы(VI). Это кислотный оксид неметалла в высшей степени окисления. Способен реагировать с веществами основной природы — основаниями и основными оксидами. Растворяется в воде с образованием кислоты. Выбираем ряд под номером 2.
Третье вещество — гидроксид цинка. Это амфотерный гидроксид — проявляет как кислотные, так и основные свойства. Реагирует с кислотами и щелочами. Выбираем ряд под номером 4.
Четвертое вещество — бромид цинка. Это средняя соль. Вступает в реакции ионного обмена с кислотами, солями, основаниями, если в результате образуется осадок, газ или слабый электролит. Следует помнить, что если в результате ионного обмена образуется соль слабого основания и слабой кислоты, то она полностью гидролизуется с образованием этих самых слабого основания и слабой кислоты. Также нужно помнить, что галогениды способны вытеснятся из их солей более активными галогенами. Выбираем ряд под номером 1.
Напоследок поговорим о том, как можно осилить это задание, если всё совсем плохо и не получается найти необходимый ряд веществ. Воспользуемся методом исключения! Если в ряду хоть один реагент точно не реагирует с нашим веществом, то этот ряд можно исключить. Разберем на примере серы из задания выше. Из неметаллов только галогены могут вытеснять менее активные галогены из их солей. Другие неметаллы с солями никогда не реагируют. Таким образом нам точно не подходит ряд 1 (нитрат серебра) и ряд 5 (хлорид бария). Из неметаллов только кислород может реагировать с некоторыми оксидами, значит убираем ряд 2 (оксид бария). Ряд четыре не подходит, потому что бром более сильный неметалл, и сера не вытеснит бром из его кислоты. Остается вариант 3))