Страница 77 - гдз по химии 8 класс задачник Кузнецова, Левкин

6-10. Изобразите электронные конфигурации атомов, укажите тип (s-, p-, d-) элементов:

а) сера

бром

марганец

б) кремний

титан

селен

в) алюминий

ванадий

криптон

г) калий

железо

хлор

д) фосфор

цинк

стронций

е) магний

никель

олово

а) Решение

Сера (S). Порядковый номер в периодической системе — 16. Атом серы содержит 16 электронов. Электронная конфигурация атома серы: $1s^22s^22p^63s^23p^4$. Последним у атома серы заполняется p-подуровень, следовательно, сера является p-элементом.

Бром (Br). Порядковый номер — 35. Атом брома содержит 35 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^5$. Последним у атома брома заполняется p-подуровень, следовательно, бром является p-элементом.

Марганец (Mn). Порядковый номер — 25. Атом марганца содержит 25 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^5$. Последним у атома марганца заполняется d-подуровень, следовательно, марганец является d-элементом.

Ответ:Сера (S): $1s^22s^22p^63s^23p^4$, p-элемент; Бром (Br): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^5$, p-элемент; Марганец (Mn): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^5$, d-элемент.

б) Решение

Кремний (Si). Порядковый номер — 14. Атом кремния содержит 14 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^2$. Последним у атома кремния заполняется p-подуровень, следовательно, кремний является p-элементом.

Титан (Ti). Порядковый номер — 22. Атом титана содержит 22 электрона. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^2$. Последним у атома титана заполняется d-подуровень, следовательно, титан является d-элементом.

Селен (Se). Порядковый номер — 34. Атом селена содержит 34 электрона. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^4$. Последним у атома селена заполняется p-подуровень, следовательно, селен является p-элементом.

Ответ:Кремний (Si): $1s^22s^22p^63s^23p^2$, p-элемент; Титан (Ti): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^2$, d-элемент; Селен (Se): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^4$, p-элемент.

в) Решение

Алюминий (Al). Порядковый номер — 13. Атом алюминия содержит 13 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^1$. Последним у атома алюминия заполняется p-подуровень, следовательно, алюминий является p-элементом.

Ванадий (V). Порядковый номер — 23. Атом ванадия содержит 23 электрона. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^3$. Последним у атома ванадия заполняется d-подуровень, следовательно, ванадий является d-элементом.

Криптон (Kr). Порядковый номер — 36. Атом криптона содержит 36 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^6$. Последним у атома криптона заполняется p-подуровень, следовательно, криптон является p-элементом (благородный газ).

Ответ:Алюминий (Al): $1s^22s^22p^63s^23p^1$, p-элемент; Ванадий (V): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^3$, d-элемент; Криптон (Kr): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^6$, p-элемент.

г) Решение

Калий (K). Порядковый номер — 19. Атом калия содержит 19 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$. Последним у атома калия заполняется s-подуровень, следовательно, калий является s-элементом.

Железо (Fe). Порядковый номер — 26. Атом железа содержит 26 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^6$. Последним у атома железа заполняется d-подуровень, следовательно, железо является d-элементом.

Хлор (Cl). Порядковый номер — 17. Атом хлора содержит 17 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^5$. Последним у атома хлора заполняется p-подуровень, следовательно, хлор является p-элементом.

Ответ:Калий (K): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^1$, s-элемент; Железо (Fe): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^6$, d-элемент; Хлор (Cl): $1s^22s^22p^63s^23p^5$, p-элемент.

д) Решение

Фосфор (P). Порядковый номер — 15. Атом фосфора содержит 15 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^3$. Последним у атома фосфора заполняется p-подуровень, следовательно, фосфор является p-элементом.

Цинк (Zn). Порядковый номер — 30. Атом цинка содержит 30 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}$. Последним у атома цинка заполняется d-подуровень, следовательно, цинк является d-элементом.

Стронций (Sr). Порядковый номер — 38. Атом стронция содержит 38 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^65s^2$. Последним у атома стронция заполняется s-подуровень, следовательно, стронций является s-элементом.

Ответ:Фосфор (P): $1s^22s^22p^63s^23p^3$, p-элемент; Цинк (Zn): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}$, d-элемент; Стронций (Sr): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^65s^2$, s-элемент.

е) Решение

Магний (Mg). Порядковый номер — 12. Атом магния содержит 12 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^2$. Последним у атома магния заполняется s-подуровень, следовательно, магний является s-элементом.

Никель (Ni). Порядковый номер — 28. Атом никеля содержит 28 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^8$. Последним у атома никеля заполняется d-подуровень, следовательно, никель является d-элементом.

Олово (Sn). Порядковый номер — 50. Атом олова содержит 50 электронов. Электронная конфигурация: $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^65s^24d^{10}5p^2$. Последним у атома олова заполняется p-подуровень, следовательно, олово является p-элементом.

Ответ:Магний (Mg): $1s^22s^22p^63s^2$, s-элемент; Никель (Ni): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^8$, d-элемент; Олово (Sn): $1s^22s^22p^63s^23p^64s^23d^{10}4p^65s^24d^{10}5p^2$, p-элемент.

6-11. Установите распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням и укажите тип (s, p, d или f) для элементов:

а) бериллий, азот, неон;

б) натрий, алюминий, хлор.

Для того чтобы установить распределение электронов по энергетическим уровням и подуровням, необходимо знать порядковый номер элемента в Периодической системе Д.И. Менделеева, который соответствует общему числу электронов в его нейтральном атоме. Заполнение электронами атомных орбиталей происходит в порядке увеличения их энергии (согласно принципу наименьшей энергии), при этом на одной орбитали может находиться не более двух электронов с противоположными спинами (принцип Паули), а в пределах одного подуровня электроны сначала занимают свободные орбитали по одному (правило Хунда).

Тип элемента (s, p, d или f) определяется тем, какой подуровень заполняется электронами последним.

а)

Бериллий (Be). Порядковый номер элемента Z = 4. Следовательно, атом бериллия содержит 4 электрона.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^2$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона ($1s^2$), на втором (внешнем) уровне — 2 электрона ($2s^2$).
Поскольку последним заполняется s-подуровень, бериллий является s-элементом.

Ответ: Бериллий (Be): $1s^22s^2$, s-элемент.

Азот (N). Порядковый номер элемента Z = 7. Атом азота содержит 7 электронов.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^3$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона ($1s^2$), на втором (внешнем) уровне — 5 электронов ($2s^22p^3$).
Поскольку последним заполняется p-подуровень, азот является p-элементом.

Ответ: Азот (N): $1s^22s^22p^3$, p-элемент.

Неон (Ne). Порядковый номер элемента Z = 10. Атом неона содержит 10 электронов.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^6$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона ($1s^2$), на втором (внешнем) уровне — 8 электронов ($2s^22p^6$). Внешний энергетический уровень завершен.
Поскольку последним заполняется p-подуровень, неон является p-элементом.

Ответ: Неон (Ne): $1s^22s^22p^6$, p-элемент.

б)

Натрий (Na). Порядковый номер элемента Z = 11. Атом натрия содержит 11 электронов.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^63s^1$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона, на втором — 8 электронов, на третьем (внешнем) — 1 электрон ($3s^1$).
Поскольку последним заполняется s-подуровень, натрий является s-элементом.

Ответ: Натрий (Na): $1s^22s^22p^63s^1$, s-элемент.

Алюминий (Al). Порядковый номер элемента Z = 13. Атом алюминия содержит 13 электронов.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^63s^23p^1$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона, на втором — 8 электронов, на третьем (внешнем) — 3 электрона ($3s^23p^1$).
Поскольку последним заполняется p-подуровень, алюминий является p-элементом.

Ответ: Алюминий (Al): $1s^22s^22p^63s^23p^1$, p-элемент.

Хлор (Cl). Порядковый номер элемента Z = 17. Атом хлора содержит 17 электронов.
Электронная конфигурация атома: $1s^22s^22p^63s^23p^5$.
Распределение электронов по энергетическим уровням: на первом уровне 2 электрона, на втором — 8 электронов, на третьем (внешнем) — 7 электронов ($3s^23p^5$).
Поскольку последним заполняется p-подуровень, хлор является p-элементом.

Ответ: Хлор (Cl): $1s^22s^22p^63s^23p^5$, p-элемент.

6-12. По данным о распределении валентных электронов найдите элемент, укажите его тип:

а) $2s^1$;
б) $2s^2 2p^4$;
в) $3s^2 3p^6$;
г) $4s^2$;
д) $4s^2 4p^2$;
е) $3d^1 4s^2$;
ж) $3d^7 4s^2$;
з) $5s^2 5p^5$.

Для определения элемента по электронной конфигурации его валентных электронов необходимо определить период и группу, в которых он находится в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева.

• Номер периода определяется по максимальному значению главного квантового числа ($n$) в электронной конфигурации.
• Номер группы для s- и p-элементов главных подгрупп равен числу валентных электронов. Для d-элементов побочных подгрупп номер группы, как правило, равен сумме электронов на внешнем s-подуровне и предвнешнем d-подуровне.
• Тип элемента (s-, p-, d-, f-) определяется тем, какой подуровень заполняется последним.

а) $2s^1$

Главное квантовое число $n=2$, следовательно, элемент находится во 2-м периоде. На внешнем s-подуровне находится 1 электрон, значит, элемент расположен в I группе, главной подгруппе. Этим элементом является литий (Li).

Так как последним заполняется s-подуровень, это s-элемент. Литий является щелочным металлом.

Ответ: Литий (Li), s-элемент, щелочной металл.

б) $2s^2 2p^4$

Главное квантовое число $n=2$, следовательно, элемент находится во 2-м периоде. Сумма валентных электронов $2 + 4 = 6$, значит, элемент расположен в VI группе, главной подгруппе (или 16-й группе). Этим элементом является кислород (O).

Так как последним заполняется p-подуровень, это p-элемент. Кислород является неметаллом (халькогеном).

Ответ: Кислород (O), p-элемент, неметалл.

в) $3s^2 3p^6$

Главное квантовое число $n=3$, следовательно, элемент находится в 3-м периоде. Сумма валентных электронов $2 + 6 = 8$, значит, элемент расположен в VIII группе, главной подгруппе (или 18-й группе). Этим элементом является аргон (Ar).

Внешний энергетический уровень полностью завершен, что характерно для благородных газов. Так как последним был заполнен p-подуровень, это p-элемент.

Ответ: Аргон (Ar), p-элемент, благородный газ.

г) $4s^2$

Главное квантовое число $n=4$, следовательно, элемент находится в 4-м периоде. На внешнем s-подуровне находятся 2 электрона, значит, элемент расположен во II группе, главной подгруппе. Этим элементом является кальций (Ca).

Так как последним заполняется s-подуровень, это s-элемент. Кальций является щелочноземельным металлом.

Ответ: Кальций (Ca), s-элемент, щелочноземельный металл.

д) $4s^2 4p^2$

Главное квантовое число $n=4$, следовательно, элемент находится в 4-м периоде. Сумма валентных электронов $2 + 2 = 4$, значит, элемент расположен в IV группе, главной подгруппе (или 14-й группе). Этим элементом является германий (Ge).

Так как последним заполняется p-подуровень, это p-элемент. Германий является металлоидом.

Ответ: Германий (Ge), p-элемент, металлоид.

е) $3d^1 4s^2$

Максимальное главное квантовое число $n=4$, следовательно, элемент находится в 4-м периоде. Заполняется d-подуровень предвнешнего слоя, значит, это переходный металл (d-элемент). Сумма электронов на $4s$ и $3d$ подуровнях равна $2 + 1 = 3$, значит, элемент расположен в III группе, побочной подгруппе (или 3-й группе). Этим элементом является скандий (Sc).

Ответ: Скандий (Sc), d-элемент, переходный металл.

ж) $3d^7 4s^2$

Максимальное главное квантовое число $n=4$, следовательно, элемент находится в 4-м периоде. Заполняется d-подуровень, значит, это d-элемент. Сумма электронов на $4s$ и $3d$ подуровнях равна $2 + 7 = 9$, значит, элемент расположен в IX группе (по современной номенклатуре) или VIII группе, побочной подгруппе (по старой). Этим элементом является кобальт (Co).

Ответ: Кобальт (Co), d-элемент, переходный металл.

з) $5s^2 5p^5$

Главное квантовое число $n=5$, следовательно, элемент находится в 5-м периоде. Сумма валентных электронов $2 + 5 = 7$, значит, элемент расположен в VII группе, главной подгруппе (или 17-й группе). Этим элементом является иод (I).

Так как последним заполняется p-подуровень, это p-элемент. Иод является неметаллом (галогеном).

Ответ: Иод (I), p-элемент, неметалл.

6-13. Вопреки ожиданиям, в атомах некоторых элементов на внешнем энергетическом уровне не $s^2$, а $s^1$-электрон (Cr, Cu, Nb, Mo, Ru, Rh, Ag, Pt, Au). Здесь имеет место так называемый «провал», или «проскок», электрона. Изобразите схемы строения атомов:

а) меди и молибдена;

б) хрома и серебра.

Попробуйте объяснить, в чем заключается сущность «провала» электрона.

Так называемый «провал» или «проскок» электрона — это явление, при котором электронная конфигурация атома отклоняется от ожидаемой, предсказанной правилом Клечковского (принципом наименьшей энергии). Этот эффект наблюдается у некоторых d-элементов и заключается в переходе одного электрона с внешнего $ns$-подуровня на предвнешний $(n-1)d$-подуровень. Причиной является стремление атома к более устойчивому энергетическому состоянию, которое достигается при полном ($d^{10}$) или наполовину ($d^5$) заполнении $d$-подуровня.

Медь (Cu)
Порядковый номер Z = 29. Атом меди находится в 4-м периоде. Ожидаемая электронная конфигурация валентных электронов: $...3d^9 4s^2$. Однако для достижения более стабильного состояния с полностью заполненным $3d$-подуровнем один электрон «проваливается» с $4s$- на $3d$-орбиталь.
Реальная электронная формула: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^1$.
Электронно-графическая схема валентных и предвалентных подуровней:

Cu (...$3d^{10}4s^1$)
$4s$ [ ↑ ]
$3d$ [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑↓]

Молибден (Mo)
Порядковый номер Z = 42. Атом молибдена находится в 5-м периоде. Ожидаемая электронная конфигурация: $[Kr] 4d^4 5s^2$. Переход электрона с $5s$- на $4d$-подуровень приводит к образованию более устойчивой наполовину заполненной конфигурации $4d^5$.
Реальная электронная формула: $[Kr] 4d^5 5s^1$.
Электронно-графическая схема валентных и предвалентных подуровней:

Mo (...$4d^5 5s^1$)
$5s$ [ ↑ ]
$4d$ [ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ]

Ответ: Для атома меди (Cu) характерен переход $4s \rightarrow 3d$ с образованием устойчивой конфигурации $3d^{10}4s^1$. Для атома молибдена (Mo) характерен переход $5s \rightarrow 4d$ с образованием устойчивой конфигурации $4d^5 5s^1$.

Хром (Cr)
Порядковый номер Z = 24. Атом хрома находится в 4-м периоде. Ожидаемая конфигурация $...3d^4 4s^2$ менее стабильна, чем конфигурация с наполовину заполненным $3d$-подуровнем ($d^5$), которая достигается за счет «провала» электрона.
Реальная электронная формула: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^5 4s^1$.
Электронно-графическая схема валентных и предвалентных подуровней:

Cr (...$3d^5 4s^1$)
$4s$ [ ↑ ]
$3d$ [ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ][ ↑ ]

Серебро (Ag)
Порядковый номер Z = 47. Атом серебра находится в 5-м периоде. Аналогично меди, для достижения более стабильной конфигурации с полностью заполненным $4d$-подуровнем ($d^{10}$) один электрон переходит с $5s$- на $4d$-подуровень.
Реальная электронная формула: $[Kr] 4d^{10} 5s^1$.
Электронно-графическая схема валентных и предвалентных подуровней:

Ag (...$4d^{10} 5s^1$)
$5s$ [ ↑ ]
$4d$ [↑↓][↑↓][↑↓][↑↓][↑↓]

Ответ: У атома хрома (Cr) происходит «провал» электрона с образованием наполовину заполненной конфигурации $3d^5 4s^1$. У атома серебра (Ag) «провал» приводит к полностью заполненной конфигурации $4d^{10} 5s^1$.

Сущность «провала» электрона заключается в стремлении атома к достижению наиболее энергетически выгодного (стабильного) состояния. Особой устойчивостью обладают две конфигурации d-подуровня:

1. Наполовину заполненный подуровень ($d^5$): В этой конфигурации (например, у Cr, Mo) на каждой из пяти d-орбиталей находится по одному электрону с параллельными спинами. Такое симметричное распределение и максимальное число параллельных спинов приводят к увеличению так называемой обменной энергии, что стабилизирует атом.
2. Полностью заполненный подуровень ($d^{10}$): Эта конфигурация (например, у Cu, Ag, Au) создает сферически симметричное и стабильное электронное облако, подобное электронным оболочкам инертных газов.

У переходных металлов энергетические уровни внешнего $ns$-подуровня и предвнешнего $(n-1)d$-подуровня очень близки. Поэтому энергетические затраты на "переброс" электрона с $ns$ на $(n-1)d$ оказываются меньше, чем выигрыш в энергии, получаемый от создания более стабильной $d^5$ или $d^{10}$ конфигурации.

Ответ: Сущность «провала» электрона — это самопроизвольный переход электрона с внешнего $s$-подуровня на предвнешний $d$-подуровень для создания более устойчивой электронной конфигурации с наполовину ($d^5$) или полностью ($d^{10}$) заполненным $d$-подуровнем, что является энергетически более выгодным для атома.

6-14. Могут ли свободные невозбужденные атомы иметь следующие электрон-ные конфигурации:

а) $s^2 p^5$;

б) $s^1 p^1$;

в) $s^2 p^8$;

г) $s^1$?

Для определения возможности существования указанных электронных конфигураций у свободных невозбужденных (находящихся в основном состоянии) атомов необходимо проанализировать их соответствие фундаментальным принципам строения электронных оболочек: принципу Паули и принципу наименьшей энергии.

а) $s^2 p^5$

Данная конфигурация описывает внешнюю электронную оболочку атома, в которой на s-подуровне находится 2 электрона (максимально возможное количество) и на p-подуровне — 5 электронов. Максимальная ёмкость p-подуровня составляет 6 электронов, поэтому конфигурация $p^5$ является допустимой. Общее число валентных электронов $2 + 5 = 7$. Такая конфигурация ($ns^2 np^5$, где $n$ — главное квантовое число) характерна для основного состояния атомов элементов 17-й группы (галогенов). Например:

• Фтор (F, Z=9) имеет электронную конфигурацию $1s^2 2s^2 2p^5$.
• Хлор (Cl, Z=17) имеет электронную конфигурацию $[Ne] 3s^2 3p^5$.

Следовательно, свободные невозбужденные атомы могут иметь такую конфигурацию.

Ответ: Да, могут.

б) $s^1 p^1$

Эта конфигурация предполагает наличие одного электрона на s-подуровне и одного электрона на p-подуровне одного и того же главного энергетического уровня. Согласно принципу наименьшей энергии, электроны заполняют подуровни в порядке возрастания их энергии. Для одного и того же энергетического уровня энергия s-подуровня всегда ниже энергии p-подуровня. Поэтому в основном (невозбужденном) состоянии атом с двумя валентными электронами будет иметь конфигурацию $s^2$, так как это энергетически более выгодно, чем $s^1 p^1$. Конфигурация $s^1 p^1$ является возбужденным состоянием для атомов с основной конфигурацией $s^2$ (элементы 2-й группы, например, бериллий Be). Чтобы перейти из состояния $ns^2$ в состояние $ns^1 np^1$, атому необходимо сообщить дополнительную энергию.

Ответ: Нет, не могут. Это конфигурация возбужденного состояния атома.

в) $s^2 p^8$

Данная конфигурация является невозможной. P-подуровень состоит из трёх p-орбиталей ($p_x, p_y, p_z$). Согласно принципу запрета Паули, на каждой орбитали может находиться не более двух электронов, причем их спины должны быть антипараллельны. Таким образом, максимальное число электронов, которое может разместиться на p-подуровне, равно $3 \text{ орбитали} \times 2 \text{ электрона} = 6$. Конфигурация $p^8$ нарушает принцип Паули, поэтому она не может существовать ни в основном, ни в возбужденном состоянии атома.

Ответ: Нет, не могут. Такая конфигурация в принципе невозможна.

г) $s^1$

Эта конфигурация означает, что на внешнем s-подуровне находится один электрон. Такая конфигурация является основной для атомов элементов 1-й группы (щелочных металлов), а также водорода. Например:

• Водород (H, Z=1): $1s^1$.
• Литий (Li, Z=3): $1s^2 2s^1$, или для валентной оболочки $[He] 2s^1$.
• Натрий (Na, Z=11): $[Ne] 3s^1$.

Также такая конфигурация внешнего s-подуровня встречается у некоторых переходных металлов (например, у хрома Cr, меди Cu, серебра Ag) из-за энергетической выгодности наполовину или полностью заполненных d-подуровней.

Ответ: Да, могут.

6-15. Изобразите на схеме электронные конфигурации или запишите электронный паспорт для следующих ионов:
а) $Al^{3+}$;
б) $S^{2-}$;
в) $K^{+}$;
г) $Br^{-}$.

Среди перечисленных ионов найдите ионы с идентичной электронной конфигурацией. Электронной конфигурации атомов каких элементов соответствуют конфигурации всех этих ионов?

а) Al³⁺. Атом алюминия (Al) находится в периодической таблице под номером 13, следовательно, у него 13 протонов и 13 электронов. Электронная конфигурация нейтрального атома Al: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1$. При образовании катиона $Al^{3+}$ атом алюминия отдает 3 валентных электрона с внешнего, третьего, энергетического уровня. В результате у иона остается $13 - 3 = 10$ электронов.

Ответ: Электронная конфигурация иона $Al^{3+}$: $1s^2 2s^2 2p^6$.

б) S²⁻. Атом серы (S) находится в периодической таблице под номером 16. Электронная конфигурация нейтрального атома S: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^4$. Для достижения стабильной электронной оболочки атом серы принимает 2 электрона на внешний, третий, энергетический уровень, образуя анион $S^{2-}$. В результате у иона становится $16 + 2 = 18$ электронов.

Ответ: Электронная конфигурация иона $S^{2-}$: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$.

в) K⁺. Атом калия (K) находится в периодической таблице под номером 19. Электронная конфигурация нейтрального атома K: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^1$. При образовании катиона $K^{+}$ атом калия отдает 1 валентный электрон с внешнего, четвертого, энергетического уровня. В результате у иона остается $19 - 1 = 18$ электронов.

Ответ: Электронная конфигурация иона $K^{+}$: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$.

г) Br⁻. Атом брома (Br) находится в периодической таблице под номером 35. Электронная конфигурация нейтрального атома Br: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^5$. Для завершения внешней электронной оболочки атом брома принимает 1 электрон на четвертый энергетический уровень, образуя анион $Br^{-}$. В результате у иона становится $35 + 1 = 36$ электронов.

Ответ: Электронная конфигурация иона $Br^{-}$: $1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6$.

Сравнивая электронные конфигурации данных ионов, можно сделать следующие выводы:

• Ионы $S^{2-}$ и $K^{+}$ имеют идентичную электронную конфигурацию ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$).
• Электронная конфигурация иона $Al^{3+}$ ($1s^2 2s^2 2p^6$) соответствует электронной конфигурации атома благородного газа неона ($Ne$, Z=10).
• Электронная конфигурация ионов $S^{2-}$ и $K^{+}$ ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6$) соответствует электронной конфигурации атома благородного газа аргона ($Ar$, Z=18).
• Электронная конфигурация иона $Br^{-}$ ($1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 3d^{10} 4s^2 4p^6$) соответствует электронной конфигурации атома благородного газа криптона ($Kr$, Z=36).

Ответ: Идентичную электронную конфигурацию имеют ионы $S^{2-}$ и $K^{+}$. Их конфигурация соответствует атому аргона (Ar). Конфигурация иона $Al^{3+}$ соответствует атому неона (Ne), а конфигурация иона $Br^{-}$ — атому криптона (Kr).