Na poniższym rysunku przedstawiono kontury dwóch orbitali atomowych A i B należących do tej samej podpowłoki elektronowej.
Uzupełnij zdania dotyczące przedstawionych na rysunku orbitali atomowych A i B.
Najmniejsza wartość głównej liczby kwantowej 𝑛, która może opisywać każdy z przedstawionych orbitali, wynosi .
Orbital A i orbital B różnią się wartością liczby kwantowej
oznaczonej symbolem .
Atomy pierwiastków chemicznych mogą występować w różnych stanach energetycznych. Stan o najniższej energii nazywa się stanem podstawowym, a stany o wyższych energiach to stany wzbudzone.
Atom X w stanie podstawowym ma elektrony rozmieszczone na trzech powłokach. Poza tym wiadomo, że dwie podpowłoki należące do zewnętrznej powłoki nie mają pustych orbitali, a jedna z nich zawiera dwa niesparowane elektrony.
1.1. (0–1)
W pewnych warunkach atom X w stanie podstawowym pochłonął energię. Nastąpiła zmiana stanu energetycznego tylko jednego elektronu, co spowodowało wzrost liczby niesparowanych elektronów w tym atomie. Przed wzbudzeniem stan tego elektronu był opisywany wartościami liczb kwantowych 𝑛=3, 𝑙=1, a po wzbudzeniu zmieniła się tylko wartość liczby pobocznej (orbitalnej).
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał on klatkowy zapis konfiguracji elektronowej atomu X w opisanym stanie wzbudzonym.
1.2. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz symbol pierwiastka X, numer okresu i numer grupy w układzie okresowym oraz symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należy pierwiastek X.
Dwa pierwiastki E i X tworzą jony E+ i X– o takiej samej konfiguracji elektronowej
1s22s22p63s23p6 (stan podstawowy). W atomie jednego z trwałych izotopów pierwiastka E
liczba nukleonów jest o 20 większa od liczby protonów.
1.1. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat. Wpisz w odpowiednie pola symbol pierwiastka E, jego
liczbę atomową oraz liczbę masową opisanego izotopu.
1.2. (0–1)
Napisz fragment konfiguracji elektronowej atomu X w stanie podstawowym
opisujący rozmieszczenie elektronów walencyjnych na orbitalach. Zastosuj graficzny
(klatkowy) zapis konfiguracji elektronowej. W zapisie uwzględnij numer powłoki
i symbole podpowłok.
1.3. (0–1)
Pierwiastek E przyjmuje w związkach chemicznych jeden stopień utlenienia, a pierwiastek X
tworzy związki, w których występuje na różnych stopniach utlenienia.
Określ charakter chemiczny (kwasowy, zasadowy, amfoteryczny, obojętny) tlenku
pierwiastka E. Napisz wzór sumaryczny tlenku pierwiastka X, w którym ten pierwiastek
przyjmuje najwyższy stopień utlenienia.
Charakter chemiczny tlenku pierwiastka E:
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia:
Tytan jest lekkim metalem odpornym na korozję. W zależności od stopnia utlenienia tytanu
chlorki tego pierwiastka odznaczają się różnymi właściwościami fizycznymi. Wartości
temperatury topnienia i temperatury wrzenia dwóch związków tytanu z chlorem zestawiono
w poniższej tabeli.
Wzór związku tytanu z chlorem
Temperatura topnienia, °C
Temperatura wrzenia, °C
TiCl2
1035
1500
TiCl4
– 24
136
Reakcja tlenku tytanu(IV) – o wzorze TiO2 – z tetrachlorometanem w temperaturze 500 °C
prowadzi do powstania chlorku tytanu(IV) oraz tlenku węgla(IV) (reakcja 1.). Z kolei chlorek
tytanu(II) – jako jedyny produkt reakcji – można otrzymać w wyniku przepuszczania par
chlorku tytanu(IV) w temperaturze 1040 °C nad metalicznym tytanem (reakcja 2.).
Na podstawie: L. Kolditz, Chemia nieorganiczna, Warszawa 1994.
3.1. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał on graficzny (klatkowy) zapis
konfiguracji elektronowej jonu Ti2+ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij
numer powłoki i symbol podpowłoki.
3.2. (0–1)
Uzupełnij tabelę. Wpisz wartości dwóch liczb kwantowych: głównej i pobocznej, które
opisują stan energetyczny jednego z niesparowanych elektronów atomu tytanu
w stanie podstawowym.
Liczby kwantowe
Główna liczba kwantowa 𝑛
Poboczna liczba kwantowa 𝑙
Wartości liczb kwantowych
3.3. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedno określenie spośród podanych
w każdym nawiasie.
Sieć krystaliczna metalicznego tytanu składa się z (atomów / kationów) otoczonych chmurą
zdelokalizowanych elektronów. W sieci krystalicznej chlorku tytanu(II) obecne są
(atomy / jony). Ze wzrostem stopnia utlenienia tytanu w chlorkach (maleje / rośnie) jonowy
charakter wiązania.
3.4. (0–2)
Napisz w formie cząsteczkowej równania opisanych reakcji otrzymywania TiCl4
(reakcja 1.) i TiCl2 (reakcja 2.). Rozstrzygnij, czy dana przemiana jest reakcją
utleniania-redukcji. Zaznacz TAK albo NIE.
Pierwiastki A i X leżą w sąsiednich okresach. Wiadomo, że:
elektrony w atomie A w stanie podstawowym są rozmieszczone w pięciu podpowłokach
w atomie X w stanie podstawowym wszystkie elektrony biorące udział w tworzeniu wiązań są niesparowane i rozmieszczone na powłokach opisanych różnymi wartościami głównej liczby kwantowej 𝑛.
Cząsteczka tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia składa się z czternastu
atomów, a jej wzór rzeczywisty nie jest wzorem elementarnym. Ten tlenek w reakcji z wodą –
przebiegającej bez zmiany stopni utlenienia – tworzy trójprotonowy kwas tlenowy. Liczba
atomów wchodzących w skład cząsteczki wodorku pierwiastka A jest równa liczbie atomów
wchodzących w skład cząsteczki tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia.
1.1. (0–2)
Uzupełnij tabelę. Napisz symbole pierwiastków A i X – oraz dla każdego z nich –
najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych i liczbę elektronów
niesparowanych w atomie w stanie podstawowym.
Symbol pierwiastka
Najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych
Liczba elektronów niesparowanych w atomie
Pierwiastek A
Pierwiastek X
1.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał graficzny (klatkowy) zapis
konfiguracji elektronowej kationu X3+ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij
numery powłok i symbole podpowłok.
1.3. (0–3)
Uzupełnij tabelę i napisz równania reakcji:
w formie cząsteczkowej – tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia z wodą (reakcja 1.)
w formie jonowej – tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia z wodorotlenkiem potasu (reakcja 2.).
Użyj symboli A i X.
Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka A
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia
Pierwiastki A i X leżą w sąsiednich okresach. Wiadomo, że:
elektrony w atomie A w stanie podstawowym są rozmieszczone w pięciu podpowłokach
w atomie X w stanie podstawowym wszystkie elektrony biorące udział w tworzeniu wiązań są niesparowane i rozmieszczone na powłokach opisanych różnymi wartościami głównej liczby kwantowej 𝑛.
Cząsteczka tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia składa się z czternastu
atomów, a jej wzór rzeczywisty nie jest wzorem elementarnym. Ten tlenek w reakcji z wodą –
przebiegającej bez zmiany stopni utlenienia – tworzy trójprotonowy kwas tlenowy. Liczba
atomów wchodzących w skład cząsteczki wodorku pierwiastka A jest równa liczbie atomów
wchodzących w skład cząsteczki tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia.
1.1. (0–2)
Uzupełnij tabelę. Napisz symbole pierwiastków A i X – oraz dla każdego z nich –
najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych i liczbę elektronów
niesparowanych w atomie w stanie podstawowym.
Symbol pierwiastka
Najwyższy stopień utlenienia w związkach chemicznych
Liczba elektronów niesparowanych w atomie
Pierwiastek A
Pierwiastek X
1.2. (0–1)
Uzupełnij poniższy schemat, tak aby przedstawiał graficzny (klatkowy) zapis
konfiguracji elektronowej kationu X3+ w stanie podstawowym. W zapisie uwzględnij
numery powłok i symbole podpowłok.
1.3. (0–3)
Uzupełnij tabelę i napisz równania reakcji:
w formie cząsteczkowej – tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia z wodą (reakcja 1.)
w formie jonowej – tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia z wodorotlenkiem potasu (reakcja 2.).
Użyj symboli A i X.
Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka A
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka A na najwyższym stopniu utlenienia
Wzór sumaryczny tlenku pierwiastka X na najwyższym stopniu utlenienia
O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami A i X wiadomo, że:
należą do tego samego bloku konfiguracyjnego
liczba masowa jednego z izotopów pierwiastka A jest dwa razy większa od jego liczby atomowej i jest równa liczbie atomowej niklu
suma elektronów, neutronów i protonów w atomie jednego z izotopów pierwiastka X jest równa 114, a liczba nukleonów jest równa 79.
1.1. (0–1)
Uzupełnij tabelę. Wpisz symbol pierwiastka A i symbol pierwiastka X oraz symbol
bloku konfiguracyjnego, do którego należą te pierwiastki.
Symbol pierwiastka
Symbol bloku konfiguracyjnego
Pierwiastek A
Pierwiastek X
1.2. (0–1)
Napisz fragment konfiguracji elektronowej atomu A (w stanie podstawowym)
opisujący rozmieszczenie elektronów walencyjnych na podpowłokach. Zastosuj
graficzny zapis konfiguracji elektronowej. W tym zapisie uwzględnij numer powłoki
i symbole podpowłok.
1.3. (0–1)
Pierwiastki A i X tworzą związek o wzorze AX4.
Oblicz bezwzględną masę (wyrażoną w gramach) jednej cząsteczki AX4 złożonej
jedynie z atomów tych izotopów, które opisano we wstępie do zadania. Przyjmij, że
masa atomowa izotopu jest równa jego liczbie masowej.
O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami A i X wiadomo, że:
należą do tego samego bloku konfiguracyjnego
liczba masowa jednego z izotopów pierwiastka A jest dwa razy większa od jego liczby atomowej i jest równa liczbie atomowej niklu
suma elektronów, neutronów i protonów w atomie jednego z izotopów pierwiastka X jest równa 114, a liczba nukleonów jest równa 79.
1.1. (0–1)
Uzupełnij tabelę. Wpisz symbol pierwiastka A i symbol pierwiastka X oraz symbol
bloku konfiguracyjnego, do którego należą te pierwiastki.
Symbol pierwiastka
Symbol bloku konfiguracyjnego
Pierwiastek A
Pierwiastek X
1.2. (0–1)
Napisz fragment konfiguracji elektronowej atomu A (w stanie podstawowym)
opisujący rozmieszczenie elektronów walencyjnych na podpowłokach. Zastosuj
graficzny zapis konfiguracji elektronowej. W tym zapisie uwzględnij numer powłoki
i symbole podpowłok.
1.3. (0–1)
Wpisz do tabeli wartości liczb kwantowych opisujących stan energetyczny
niesparowanego elektronu walencyjnego atomu X (w stanie podstawowym).
20 spośród wszystkich elektronów w atomie opisanych jest liczbą kwantową 𝑙 = 2
elektrony walencyjne atomu X w stanie podstawowym opisane są dwiema różnymi wartościami pobocznej liczby kwantowej (𝑙 = 0 i 𝑙 = 1), przy czym liczba elektronów walencyjnych opisanych poboczną liczbą kwantową 𝑙 = 1 jest większa, niż liczba elektronów walencyjnych opisanych poboczną liczbą kwantową 𝑙 = 0
tylko jeden z elektronów walencyjnych jest niesparowany.
Pierwiastek X reaguje z chlorem, w wyniku czego powstaje związek, w którym procentowa masowa zawartość chloru wynosi 45,6%.
Wykonaj odpowiednie obliczenia i wskaż model, który przedstawia budowę przestrzenną cząsteczki związku pierwiastka X z chlorem.
Niżej przedstawiono konfigurację elektronową kationu pewnego pierwiastka o ładunku 3+.
1s22s22p63s23p63d3
Wpisz symbol tego pierwiastka w miejscu na to przeznaczonym oraz uzupełnij
poniższy schemat tak, aby przedstawiał konfigurację elektronową jego atomu
w stanie podstawowym.
Na zdjęciu obok przedstawiono wodny roztwór soli, w skład której
wchodzą pierwiastki X1, X2 i X3. Dwa z nich są w stanie wolnym
metalami i należą do tego samego okresu, a jeden jest niemetalem
i leży w innym okresie. Masy atomowe tych trzech pierwiastków,
zaokrąglone do liczb całkowitych, spełniają zależność: MX1 + MX2 = MX3.
Atom pierwiastka X3 ma na zewnętrznej powłoce dwa razy więcej
elektronów niż atom pierwiastka X2, a atom pierwiastka X1 ma na
zewnętrznej powłoce dwa razy więcej niesparowanych elektronów niż
atom pierwiastka X2.
1.1. (0–1)
Zidentyfikuj pierwiastki X1, X2 oraz X3. Napisz ich symbole chemiczne.
X1:
X2:
X3:
1.2. (0–1)
Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz wartości liczb kwantowych odpowiadających
niesparowanym elektronom w atomach (w stanie podstawowym) pierwiastków X1 i X3.
Uzupełnij tabelę – wpisz wartości liczb kwantowych: głównej n, pobocznej (orbitalnej) l
oraz magnetycznej m, opisujących stan niesparowanego elektronu w atomie potasu
w stanie podstawowym.
O dwóch pierwiastkach umownie oznaczonych literami X i Z wiadomo, że:
oba przyjmują w związkach chemicznych taki sam maksymalny stopień utlenienia
konfiguracja elektronowa atomu pierwiastka X w stanie wzbudzonym, w którym nastąpiło przeniesienie jednego z elektronów sparowanych na wyższą energetycznie i nieobsadzoną podpowłokę, może zostać przedstawiona w postaci zapisu:
w stanie podstawowym atom pierwiastka Z ma łącznie na ostatniej powłoce i na podpowłoce 3d pięć elektronów.
1.1. (2 pkt)
Wpisz do tabeli symbol pierwiastka X i symbol pierwiastka Z, numer grupy oraz symbol
bloku konfiguracyjnego, do których należy każdy z pierwiastków.
Symbol pierwiastka
Numer grupy
Symbol bloku konfiguracyjnego
pierwiastek X
pierwiastek Z
1.2. (1 pkt)
Napisz wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X oraz maksymalny stopień utlenienia,
jaki przyjmują pierwiastki X i Z w związkach chemicznych.
Wzór sumaryczny wodorku pierwiastka X:
Maksymalny stopień utlenienia, jaki przyjmują pierwiastki X i Z w związkach chemicznych:
1.3. (1 pkt)
Przedstaw pełną konfigurację elektronową jonu Z2+ w stanie podstawowym. Zastosuj
zapis z uwzględnieniem podpowłok.
Elektrony atomu pierwiastka X w stanie podstawowym zajmują siedem orbitali, przy czym sześć z nich jest całkowicie zapełnionych. Ten pierwiastek reaguje zarówno z kwasem solnym, jak i ze stężonym wodnym roztworem wodorotlenku potasu. Jednym z produktów obu przemian jest ten sam gaz.
Oceń prawdziwość poniższych zdań. Zaznacz P, jeżeli zdanie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.
1.
W stanie podstawowym tylko 6 elektronów atomu pierwiastka X jest opisanych główną liczbą kwantową 𝑛 równą 2.
P
F
2.
Żaden elektron atomu pierwiastka X w stanie podstawowym nie jest opisany poboczną liczbą kwantową 𝑙 równą 2.
Dwa pierwiastki należące do trzeciego okresu oznaczono umownie literami E i X. W atomie (w stanie podstawowym) każdego z tych pierwiastków tylko jeden elektron jest niesparowany. Pierwiastek E zwykle przyjmuje w związkach chemicznych jeden stopień utlenienia, wyższy niż +I, a pierwiastek X tworzy związki chemiczne, w których występuje na różnych stopniach utlenienia. Maksymalny stopień utlenienia pierwiastka E jest niższy niż maksymalny stopień utlenienia pierwiastka X.
1.1. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę. Dla pierwiastków E i X napisz symbol chemiczny, numer grupy w układzie okresowym oraz symbol bloku konfiguracyjnego, do którego należą te pierwiastki.
Pierwiastek
Symbol pierwiastka
Numer grupy
Symbol bloku
E
X
1.2. (0–1)
Zapisz pełną konfigurację elektronową atomu w stanie podstawowym pierwiastka E –uwzględnij rozmieszczenie elektronów na podpowłokach.
1.3. (0–1)
Podaj wartość najniższego i wartość najwyższego stopnia utlenienia, jaki może przyjmować pierwiastek X w związkach chemicznych.
Najniższy stopień utlenienia:
Najwyższy stopień utlenienia:
Z dwóch pierwiastków, które umownie oznaczono literami X i E, powstają wodorki
o wzorach XH3 i EH3. Atomy każdego z tych pierwiastków mają tyle elektronów
niewalencyjnych, ile wynosi liczba nukleonów w atomie izotopu 2814Si. W stanie podstawowym
atomy pierwiastka E mają większą liczbę elektronów niesparowanych niż atomy
pierwiastka X.
1.1. (0–2)
Uzupełnij poniższą tabelę. Wpisz symbole pierwiastków X i E, symbol bloku
konfiguracyjnego, do którego należy każdy z pierwiastków, oraz ich maksymalne
stopnie utlenienia.
Symbol pierwiastka
Symbol bloku
Maksymalny stopień utlenienia
pierwiastek X
pierwiastek E
1.2. (0–1)
Napisz fragment konfiguracji elektronowej atomu w stanie podstawowym pierwiastka
E opisujący rozmieszczenie elektronów walencyjnych na podpowłokach – zastosuj
schemat klatkowy. Pod schematem napisz numer powłoki i symbole podpowłok.
W poniższej tabeli zestawiono wybrane właściwości litowców i berylowców.
Właściwość
Nazwa pierwiastka
lit
beryl
sód
magnez
potas
wapń
promień kationu*, pm
76
45
102
72
138
100
promień atomu, pm
134
125
154
145
196
174
pierwsza energia jonizacji, kJ∙mol−1
520
899
496
738
419
590
temperatura topnienia, K
454
1560
371
923
336
1115
* W tabeli podano promień kationów M+ – dla litowców oraz M2+ – dla berylowców.
Na podstawie: A. Bielański, Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 2004.
6.1. (0–1)
Uzupełnij poniższe zdania. Wybierz i zaznacz jedną odpowiedź spośród podanych
w każdym nawiasie.
Dla pierwiastków danego okresu stosunek promienia jonowego do promienia atomowego litowca jest (większy / mniejszy) niż stosunek promienia jonowego do promienia atomowego berylowca.
W każdym okresie temperatury topnienia berylowców są (wyższe / niższe) niż temperatury topnienia litowców, czego przyczyną jest silniejsze wiązanie metaliczne występujące między atomami (berylowców / litowców).
6.2. (0–1)
Pierwsza energia jonizacji to minimalna energia potrzebna do oderwania jednego elektronu od
atomu pierwiastka w stanie gazowym, czego skutkiem jest powstanie kationu. Molowa energia
jonizacji – wyrażona w kJ∙mol−1 – jest równa energii jonizacji 1 mola atomów.
Sformułuj zależność między wartością pierwszej energii jonizacji a liczbą atomową
berylowca. Wyjaśnij, dlaczego pierwsza energia jonizacji litowca jest niższa niż pierwsza
energia jonizacji berylowca leżącego w tym samym okresie układu okresowego.
Zależność między pierwszą energią jonizacji a liczbą atomową berylowca:
Pierwsza energia jonizacji litowca jest niższa niż pierwsza energia jonizacji berylowca,
leżącego w tym samym okresie układu okresowego pierwiastków, ponieważ
Atomy pierwiastków chemicznych mogą występować w różnych stanach energetycznych. Stan
o najniższej energii nazywamy podstawowym, a stany o energiach wyższych – wzbudzonymi.
Poniższe schematy I i II przedstawiają konfigurację elektronową dla orbitali walencyjnych
atomu pewnego pierwiastka chemicznego X w różnych stanach energetycznych.
Uzupełnij poniższą tabelę – wpisz symbol pierwiastka X, numer grupy oraz symbol bloku
konfiguracyjnego, do którego należy ten pierwiastek. Napisz, który schemat konfiguracji
elektronowej (I albo II) opisuje stan podstawowy atomu pierwiastka X.
Symbol pierwiastka
Numer grupy
Symbol bloku
Stan podstawowy atomu pierwiastka X opisuje schemat numer
