Номер 68, страница 259 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.68. Вещество состоит из ионов, имеющих одинаковую электронную конфигурацию. Общее число положительных ионов в веществе в 2 раза больше общего числа отрицательных ионов. Предложите формулу такого вещества, запишите электронную конфигурацию ионов. Какое простое вещество состоит из атомов с такой же электронной конфигурацией?

В соответствии с условиями задачи, мы ищем ионное соединение, состоящее из катионов и анионов.

Пусть формула вещества $K_m A_n$, где $K$ — катион с зарядом $+x$, а $A$ — анион с зарядом $-y$.

Из условия, что "общее число положительных ионов в веществе в 2 раза больше общего числа отрицательных ионов", следует, что соотношение числа катионов к числу анионов равно 2:1. Таким образом, формула вещества имеет вид $K_2A$.

Вещество должно быть электронейтральным, поэтому сумма зарядов всех ионов равна нулю. Для формулы $K_2A$ это означает: $2 \cdot (\text{заряд катиона}) + 1 \cdot (\text{заряд аниона}) = 0$ $2 \cdot (+x) + 1 \cdot (-y) = 0$ $2x = y$

Это значит, что абсолютная величина заряда аниона вдвое больше абсолютной величины заряда катиона. Самый простой и распространенный случай — это катион с зарядом $+1$ (например, ион щелочного металла) и анион с зарядом $-2$ (например, ион халькогена). То есть, $x=1$ и $y=2$.

Второе важное условие — ионы $K^+$ и $A^{2-}$ имеют одинаковую электронную конфигурацию, то есть являются изоэлектронными. Пусть $Z_K$ — порядковый номер элемента, образующего катион, и $Z_A$ — порядковый номер элемента, образующего анион.

Число электронов в ионе $K^+$ равно $Z_K - 1$.
Число электронов в ионе $A^{2-}$ равно $Z_A + 2$.

Так как они изоэлектронны, их число электронов одинаково: $Z_K - 1 = Z_A + 2$, что приводит к соотношению $Z_K = Z_A + 3$.

Теперь необходимо найти пару элементов: элемент I группы (для катиона $K^+$) и элемент VI группы (для аниона $A^{2-}$), чьи порядковые номера удовлетворяют этому соотношению.

• Рассмотрим кислород ($O$, $Z_A=8$, VI группа). Тогда для катиона $Z_K = 8 + 3 = 11$. Элемент с атомным номером 11 — это натрий ($Na$), который находится в I группе. Эта пара подходит. Ионы $Na^+$ и $O^{2-}$ оба имеют по 10 электронов.
• Рассмотрим серу ($S$, $Z_A=16$, VI группа). Тогда для катиона $Z_K = 16 + 3 = 19$. Элемент с атомным номером 19 — это калий ($K$), который находится в I группе. Эта пара также подходит. Ионы $K^+$ и $S^{2-}$ оба имеют по 18 электронов.

Можно выбрать любой из этих вариантов. Остановимся на первом, более распространенном примере с оксидом натрия.

Предложите формулу такого вещества

Исходя из анализа, вещество может состоять из ионов натрия $Na^+$ и ионов кислорода $O^{2-}$. Соотношение катионов к анионам 2:1, что удовлетворяет условию задачи. Такое вещество — оксид натрия.

Ответ: $Na_2O$

Запишите электронную конфигурацию ионов

Атом натрия ($Z=11$) имеет конфигурацию $1s^22s^22p^63s^1$. Теряя один электрон, он образует катион $Na^+$ с 10 электронами.
Атом кислорода ($Z=8$) имеет конфигурацию $1s^22s^22p^4$. Принимая два электрона, он образует анион $O^{2-}$ также с 10 электронами.
Оба иона, $Na^+$ и $O^{2-}$, имеют одинаковую электронную конфигурацию.

Ответ: $1s^22s^22p^6$

Какое простое вещество состоит из атомов с такой же электронной конфигурацией?

Электронная конфигурация $1s^22s^22p^6$ соответствует атому, у которого всего 10 электронов. В периодической таблице это элемент с порядковым номером 10 — неон ($Ne$). Неон является инертным газом и простым веществом.

Ответ: неон ($Ne$)