Номер 71, страница 260 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

10.71. Вещество состоит из равного количества положительных и отрицательных ионов. Число электронов в положительном ионе в 5 раз больше числа электронов в отрицательном ионе. Предложите формулу такого вещества, запишите электронные конфигурации ионов.

Дано:

Вещество состоит из равного количества катионов $A^{n+}$ и анионов $X^{n-}$.

Соотношение числа электронов: $e^-(A^{n+}) = 5 \cdot e^-(X^{n-})$.

Найти:

Формулу вещества и электронные конфигурации составляющих его ионов.

Решение:

Обозначим число электронов в отрицательном ионе (анионе) $X^{n-}$ как $N_X$, а в положительном ионе (катионе) $A^{n+}$ — как $N_A$. Из условия задачи следует, что $N_A = 5 \cdot N_X$. Так как вещество состоит из равного количества положительных и отрицательных ионов, их заряды должны быть равны по величине и противоположны по знаку. Обозначим заряд катиона как $+n$, а аниона как $-n$.

Для образования стабильных ионов атомы, как правило, приобретают электронную конфигурацию ближайшего благородного газа. Рассмотрим наиболее простой случай, когда анион $X^{n-}$ имеет 2 электрона, что соответствует электронной конфигурации гелия (He). Таким образом, $N_X = 2$.

Тогда число электронов в катионе $A^{n+}$ будет равно $N_A = 5 \cdot N_X = 5 \cdot 2 = 10$. Это соответствует электронной конфигурации неона (Ne).

Теперь определим элементы, которые могут образовывать такие ионы.
Для аниона $X^{n-}$ с 2 электронами: порядковый номер элемента X равен $Z_X = N_X - n = 2 - n$. Так как анионы образуют неметаллы, а заряд $n$ должен быть целым положительным числом, единственным подходящим вариантом является $n=1$. В этом случае $Z_X = 2 - 1 = 1$. Элемент с порядковым номером 1 — это водород (H). Атом водорода, принимая один электрон, образует гидрид-ион $H^-$ с зарядом -1.
Для катиона $A^{n+}$ с 10 электронами: порядковый номер элемента A равен $Z_A = N_A + n = 10 + n$. Так как заряд ионов должен быть одинаковым по модулю, мы используем $n=1$. Тогда $Z_A = 10 + 1 = 11$. Элемент с порядковым номером 11 — это натрий (Na). Атом натрия, отдавая один электрон, образует катион $Na^+$ с зарядом +1.

Предложите формулу такого вещества

Ионы $Na^+$ и $H^-$ имеют заряды +1 и -1, поэтому они образуют ионное соединение в соотношении 1:1, что полностью удовлетворяет условиям задачи.
Ответ: Формула вещества — NaH (гидрид натрия).

Запишите электронные конфигурации ионов

Ионами, составляющими данное вещество, являются катион натрия $Na^+$ и гидрид-ион $H^-$.
Катион натрия $Na^+$ имеет 10 электронов ($11-1=10$).
Гидрид-ион $H^-$ имеет 2 электрона ($1+1=2$).
Ответ: Электронная конфигурация иона $Na^+$: $1s^2 2s^2 2p^6$. Электронная конфигурация иона $H^-$: $1s^2$.