原子の構造・電子配置・周期表 ── 問題
基礎
- 炭素 ¹⁴C（原子番号 6、質量数 14）の原子に含まれる中性子の数はいくつですか。
- 原子番号 8 の元素 O の電子配置（K 殻・L 殻・M 殻・N 殻の順）はどれですか。 （ア 2, 7 イ 1, 7 ウ 2, 6 エ 8）
- 次の元素が属するグループはどれですか。 Li （ア 貴ガス（18 族） イ ハロゲン（17 族） ウ アルカリ金属（1 族） エ アルカリ土類金属（2 族））
- 同位体について正しいものはどれですか。 （ア 同じ元素の単体で性質が異なるもの イ 陽子の数が同じで電子の数が異なる原子どうし ウ 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子どうし エ 陽子の数が異なり、中性子の数が同じ原子どうし）
- 現在の周期表の元素の並び順として正しいものはどれですか。 （ア 質量数の順 イ 原子番号（陽子数）の順 ウ 発見された順 エ 原子量の順）
- 原子 1 個の質量は、ほぼ何によって決まりますか。 （ア 陽子と中性子の数の和 イ 中性子の数だけ ウ 電子の数 エ 陽子と電子の数の和）
標準
- 原子番号 8 の元素 O がイオンになるとき、どのようなイオンになりますか。 （ア 2 価の陽イオン O²⁺ イ 3 価の陽イオン O³⁺ ウ 1 価の陰イオン O⁻ エ 2 価の陰イオン O²⁻）
- Si（原子番号 14） の価電子の数はいくつですか。
- イオン化エネルギーについて正しいものはどれですか。 （ア 電子 1 個を受け取るときに放出するエネルギー イ 大きいほど陽イオンになりやすい ウ 電子 1 個を取り去るのに必要なエネルギー エ 同じ周期では左の元素ほど大きい）
- 貴ガス（18 族）の性質として正しいものはどれですか。 （ア ふつうは二原子分子として存在する イ 価電子 0 で、単原子分子として存在する ウ 価電子が 8 で、他の原子と反応しやすい エ 1 価の陰イオンになりやすい）
- ナトリウムイオン Na⁺（もとの原子の原子番号 11）1 個に含まれる電子の数はいくつですか。
- 第 3 周期の元素 Na、Mg、Si、Cl のうち、原子半径が最も小さいものはどれですか。 （ア Si イ Cl ウ Mg エ Na）
- 電子配置が K 殻 2 個、L 殻 8 個、M 殻 6 個の原子がある。この原子と同じ族で、1 つ上の周期にある元素はどれですか。 （ア 酸素 O イ 硫黄 S ウ 窒素 N エ 塩素 Cl）
- 周期表で同じ族の元素どうしの化学的性質が似ている主な理由はどれですか。 （ア 質量数が近い値だから イ 価電子の数が同じだから ウ 電子殻の数が同じだから エ 中性子の数が同じだから）
発展
- Na⁺、Mg²⁺、F⁻、O²⁻ に共通することとして正しいものはどれですか。 （ア 電子の数が 11 である イ 陽子の数が同じである ウ 同じ元素のイオンである エ Ne と同じ電子配置である）
- 遷移元素について正しいものはどれですか。 （ア 13〜18 族の元素で、非金属が多い イ 18 族の元素で、反応しにくい ウ 1・2 族の元素で、水と激しく反応する エ 3〜12 族の元素で、すべて金属）
- 元素 X には相対質量 24 と 25 の 2 種類の同位体だけがあり、X の原子量は 24.65 である。相対質量 24 の同位体の存在比は何 % ですか。
- 原子番号 1〜18（第 1〜3 周期）の元素の第一イオン化エネルギーを、原子番号順にグラフにした。それぞれの周期の中で値が最も大きい元素の組み合わせとして正しいものはどれですか。 （ア He、Ne、Ar イ Be、Mg、Cl ウ Be、N、P エ H、Li、Na）
- Aさん「Na と K はどちらも 1 族なのに、K のほうが水と激しく反応するね」 Bさん「それは（ ）からだと思う」。空欄に入る説明として最も適当なものはどれですか。 （ア K のほうがイオン化エネルギーが大きく、反応しやすい イ K のほうが原子半径が大きく、価電子を失いやすい ウ K のほうが原子核の正電荷が小さく、電子を引きにくい エ K のほうが価電子の数が多く、電子を出しやすい）
原子の構造・電子配置・周期表 ── 解答
基礎
- 8 中性子数 ＝ 質量数 − 原子番号 ＝ 14 − 6 ＝ 8。陽子数 ＝ 電子数 ＝ 6。
- ウ 2, 6 電子は K 殻（2 個）→ L 殻（8 個）→ M 殻の順に入る。M 殻に 8 個入ると次は N 殻（K・Ca）。答え：2, 6。
- ウ アルカリ金属（1 族） 1 族（H 以外）アルカリ金属、2 族アルカリ土類金属、17 族ハロゲン、18 族貴ガス、3〜12 族遷移元素。答え：アルカリ金属（1 族）。
- ウ 陽子の数が同じで中性子の数が異なる原子どうし 同位体は化学的性質がほぼ同じ。¹²C と ¹⁴C、³⁵Cl と ³⁷Cl など。同素体（ダイヤモンドと黒鉛）と混同しない。
- イ 原子番号（陽子数）の順 メンデレーエフは原子量順で作ったが、現在は原子番号順。
- ア 陽子と中性子の数の和 電子の質量は陽子・中性子の約 1/1840 と非常に小さい。原子の質量はほぼ陽子と中性子の数の和（質量数）に比例する。
標準
- エ 2 価の陰イオン O²⁻ 価電子 1・2・3 の原子は電子を放出して 1・2・3 価の陽イオンに、価電子 6・7 の原子は電子を受け取って 2・1 価の陰イオンになり、貴ガスと同じ電子配置になる。答え：2 価の陰イオン O²⁻。
- 4 価電子 ＝ 最外殻電子の数（貴ガスは 0）。同じ族は同じ価電子数。答え：4。
- ウ 電子 1 個を取り去るのに必要なエネルギー 原子から電子 1 個を取り去るのに必要なエネルギーで、小さいほど陽イオンになりやすい。貴ガスが最大、アルカリ金属が最小。同周期では右（貴ガス）ほど大、同族では下ほど小。電子を受け取るときのエネルギーは電子親和力。
- イ 価電子 0 で、単原子分子として存在する 最外殻電子が 8（He は 2）で安定し、他の原子と結合しにくい。価電子は 0 と数える。
- 10 陽イオンは電子を失い、陰イオンは電子を受け取る。イオンの電荷が 1 なので、電子の数 ＝ 11 − (1) ＝ 10。近くの貴ガス（Ne は 10、Ar は 18）と同じ電子配置になる。
- イ Cl 同じ周期では、右へ行くほど原子核の正電荷が大きくなり電子を強く引きつけるので、原子半径は小さくなる（貴ガスを除く）。
- ア 酸素 O 価電子 6 個・M 殻が最外殻なので第 3 周期 16 族の硫黄。同じ 16 族で第 2 周期（K 2・L 6）なのは酸素。
- イ 価電子の数が同じだから 化学的性質は価電子で決まる。同じ族は価電子の数が同じ。電子殻の数が同じなのは同じ周期の元素。
発展
- エ Ne と同じ電子配置である Na（11 個）が 1 個放出、Mg（12）が 2 個放出、F（9）が 1 個受け取り、O（8）が 2 個受け取ると、いずれも電子 10 個 ＝ Ne 型。
- エ 3〜12 族の元素で、すべて金属 遷移元素は 3〜12 族で、すべて金属。最外殻電子が 1〜2 個で、内側の殻に電子が入っていくため横に並んだ元素も性質が似る。
- 35 存在比を x % とすると 24 × x/100 ＋ 25 × (100 − x)/100 ＝ 24.65。x ＝ (25 − 24.65) ÷ (25 − 24) × 100 ＝ 35 %。
- ア He、Ne、Ar 第一イオン化エネルギーは、電子配置が安定な貴ガスで各周期の最大になり、価電子 1 個のアルカリ金属（第 1 周期は H）で最小になる。Be・N・Mg・P も小さな山をつくるが、その周期の最大ではない。
- イ K のほうが原子半径が大きく、価電子を失いやすい 同じ族では下の周期ほど電子殻が多く原子半径が大きいので、価電子が原子核から遠く、失いやすい（イオン化エネルギーが小さい）。価電子の数は同じ 1 個。
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