Номер 120, страница 268 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.120. Химический элемент образует отрицательный ион с электронной конфигурацией неона. Для элемента известно несколько кислородсодержащих кислот. Определите элемент, запишите его электронную конфигурацию в основном состоянии. Составьте структурную формулу одной из его кислот, найдите валентность и степень окисления элемента в этой кислоте.

Дано:

Анион химического элемента (X) имеет электронную конфигурацию неона ($1s^2 2s^2 2p^6$).

Элемент X образует несколько кислородсодержащих кислот.

Найти:

Определить элемент X, записать его электронную конфигурацию в основном состоянии, составить структурную формулу одной из его кислот, найти валентность и степень окисления X в этой кислоте.

Решение:

Определите элемент, запишите его электронную конфигурацию в основном состоянии.

Электронная конфигурация благородного газа неона (Ne, порядковый номер Z=10) — $1s^2 2s^2 2p^6$. Отрицательный ион искомого элемента имеет такую же конфигурацию, то есть содержит 10 электронов. Поскольку ион отрицательный, он был образован путем присоединения одного или нескольких электронов к нейтральному атому. Следовательно, сам элемент имеет менее 10 электронов (и протонов). Элементами, образующими анионы с электронной конфигурацией неона, являются неметаллы 2-го периода: азот (N, Z=7, ион $N^{3-}$), кислород (O, Z=8, ион $O^{2-}$) и фтор (F, Z=9, ион $F^{-}$).

Согласно второму условию, для элемента известно «несколько кислородсодержащих кислот». Из перечисленных кандидатов этому условию удовлетворяет только азот, который образует азотную кислоту ($HNO_3$), азотистую кислоту ($HNO_2$), азотноватистую кислоту ($H_2N_2O_2$) и другие. Фтор образует лишь одну такую кислоту (HOF), а кислород не образует кислот, где он является центральным атомом.

Таким образом, искомый элемент — азот (N).

Порядковый номер азота — 7. Его электронная конфигурация в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^3$.

Ответ: Искомый элемент – азот (N). Его электронная конфигурация в основном состоянии – $1s^2 2s^2 2p^3$.

Составьте структурную формулу одной из его кислот, найдите валентность и степень окисления элемента в этой кислоте.

Рассмотрим в качестве примера одну из самых известных кислот азота — азотную кислоту ($HNO_3$).

Структурная формула азотной кислоты может быть записана как H–O–N(=O)→O. В этой структуре атом азота связан с тремя атомами кислорода: с одним через гидроксильную группу (–OH), со вторым — двойной связью, с третьим — донорно-акцепторной связью.

Валентность элемента определяется числом образованных им химических связей. В молекуле $HNO_3$ атом азота образует 4 связи (одну одинарную, одну двойную и одну донорно-акцепторную). Следовательно, валентность азота в азотной кислоте равна IV.

Степень окисления элемента — это условный заряд. В молекуле $HNO_3$ степени окисления водорода +1, а кислорода –2. Обозначим степень окисления азота как x. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов равна нулю:

$(+1) + x + 3 \cdot (-2) = 0 \implies 1 + x - 6 = 0 \implies x = +5$

Следовательно, степень окисления азота в азотной кислоте равна +5.

Ответ: Для азотной кислоты ($HNO_3$) структурная формула H–O–N(=O)→O, валентность азота – IV, степень окисления азота – +5.