40 задач в формате КИМ. Решите сами, затем откройте ответ и разбор — или проходите их по одной в тренажёре выше, с проверкой и подсказками.
Задача 1 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по два электрона на внешнем энергетическом уровне.
- Li
- Be
- B
- Mg
- N
Ответ и разбор
Ответ: 24
Число электронов на внешнем уровне у элементов главных подгрупп равно номеру группы. Be и Mg стоят во IIA группе — по два электрона (2s² и 3s²). У Li один, у B три, у N пять.
У бериллия та же картина уровнем ниже: 1s²2s². Оба элемента — s-элементы IIA группы, внешний уровень ns².
Задача 2 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по одному электрону на внешнем энергетическом уровне.
- Na
- Mg
- Al
- K
- Ca
Ответ и разбор
Ответ: 14
Один электрон на внешнем уровне — признак IA группы. Это натрий (3s¹) и калий (4s¹). У Mg и Ca по два, у Al — три.
У натрия аналогично: 1s²2s²2p⁶3s¹. Единственный внешний электрон легко отдаётся — отсюда степень окисления +1.
Задача 3 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по пять электронов на внешнем энергетическом уровне.
- C
- N
- O
- P
- S
Ответ и разбор
Ответ: 24
Пять внешних электронов отвечают VA группе: азот (2s²2p³) и фосфор (3s²3p³). У углерода четыре, у кислорода и серы — шесть.
У азота то же строение внешнего уровня, но на втором: 2s²2p³. Конфигурация ns²np³ — общая для всей VA группы.
Задача 4 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по семь электронов на внешнем энергетическом уровне.
- S
- Cl
- Ar
- Br
- Se
Ответ и разбор
Ответ: 24
Семь внешних электронов — галогены, VIIA группа: хлор (3s²3p⁵) и бром (4s²4p⁵). У серы и селена по шесть, у аргона — восемь.
До октета галогену не хватает одного электрона, поэтому характерная степень окисления −1.
Задача 5 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по четыре электрона на внешнем энергетическом уровне.
- B
- C
- Si
- N
- Al
Ответ и разбор
Ответ: 23
Четыре внешних электрона — IVA группа: углерод (2s²2p²) и кремний (3s²3p²). У бора и алюминия по три, у азота — пять.
У углерода такая же конфигурация внешнего уровня, но на втором: 2s²2p². Ровно половина октета — отсюда и +4, и −4.
Задача 6 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат по шесть электронов на внешнем энергетическом уровне.
- N
- O
- F
- S
- Cl
Ответ и разбор
Ответ: 24
Шесть внешних электронов — VIA группа: кислород (2s²2p⁴) и сера (3s²3p⁴). У азота пять, у фтора и хлора — семь.
У кислорода та же конфигурация на втором уровне: 2s²2p⁴. До октета не хватает двух электронов — характерная степень окисления −2.
Задача 7 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют завершённый внешний энергетический уровень.
- F
- Ne
- Na
- Ar
- Cl
Ответ и разбор
Ответ: 24
Завершённый внешний уровень — восемь электронов, конфигурация ns²np⁶. Это благородные газы неон и аргон. У фтора и хлора по семь, у натрия — один.
У неона завершён второй уровень: 1s²2s²2p⁶. Завершённая оболочка объясняет химическую инертность благородных газов.
Задача 8 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов относятся к s-элементам.
- Al
- Ca
- P
- K
- S
Ответ и разбор
Ответ: 24
У s-элементов последним заполняется s-подуровень внешнего уровня. Это элементы IA и IIA групп — кальций (4s²) и калий (4s¹). Al, P и S — p-элементы.
Семейство определяется по последнему заполняемому подуровню, а не по внешнему: у кальция это 4s.
Задача 9 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов относятся к p-элементам.
- Na
- Si
- Ca
- Cl
- Fe
Ответ и разбор
Ответ: 24
У p-элементов последним заполняется p-подуровень: кремний (3s²3p²) и хлор (3s²3p⁵). Натрий и кальций — s-элементы, железо — d-элемент.
p-элементы занимают группы с IIIA по VIIIA. У кремния тот же p-подуровень, но заполнен лишь наполовину: 3p².
Задача 10 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов относятся к d-элементам.
- Ca
- Fe
- Zn
- Ge
- K
Ответ и разбор
Ответ: 23
У d-элементов заполняется d-подуровень предвнешнего уровня: железо (3d⁶4s²) и цинк (3d¹⁰4s²). Кальций и калий — s-элементы, германий — p-элемент.
Внешний уровень у d-элементов почти всегда 4s², а меняется заполнение 3d — потому свойства в ряду Sc…Zn меняются плавно.
Задача 11 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют по три энергетических уровня.
- N
- Mg
- K
- S
- Ca
Ответ и разбор
Ответ: 24
Число энергетических уровней равно номеру периода. В третьем периоде стоят магний и сера. Азот — во втором, калий и кальций — в четвёртом.
У магния уровни заполнены так же: 1s²2s²2p⁶3s². Число уровней — три, а различается только внешний.
Задача 12 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют по два энергетических уровня.
- H
- B
- Na
- F
- Al
Ответ и разбор
Ответ: 24
Два уровня — второй период: бор (1s²2s²2p¹) и фтор (1s²2s²2p⁵). Водород имеет один уровень, натрий и алюминий — три.
У бора заполнение то же, но 2p-подуровень содержит лишь один электрон: 1s²2s²2p¹.
Задача 13 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат один неспаренный электрон.
- Be
- B
- C
- F
- O
Ответ и разбор
Ответ: 24
По правилу Хунда электроны сначала занимают орбитали по одному. У бора (2p¹) неспаренный один, у фтора (2p⁵) — тоже один: четыре электрона образуют две пары, пятый остаётся один. У бериллия неспаренных нет, у углерода и кислорода — по два.
На диаграмме видно: в 2p три ячейки, пять электронов дают две пары и один одиночный.
Задача 14 · базовый уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат три неспаренных электрона.
- C
- N
- O
- P
- S
Ответ и разбор
Ответ: 24
Конфигурация np³ даёт максимум неспаренных: три электрона занимают три p-орбитали по одному. Это азот и фосфор. У углерода и серы по два неспаренных, у кислорода — два.
Наполовину заполненный p-подуровень (np³) устойчив — поэтому у азота и фосфора аномально высокая энергия ионизации.
Задача 15 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне.
- Na
- Mg
- Al
- K
- Si
Ответ и разбор
Ответ: 14
Одинаковое число внешних электронов — признак одной группы. Натрий и калий стоят в IA группе, у обоих по одному внешнему электрону. У магния их два, у алюминия три, у кремния четыре.
Химическое сходство элементов группы вытекает именно из совпадения внешнего уровня: у Na это 3s¹, у K — 4s¹.
Задача 16 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое число электронов на внешнем энергетическом уровне.
- N
- O
- P
- Cl
- C
Ответ и разбор
Ответ: 13
У азота и фосфора по пять внешних электронов — оба в VA группе. У кислорода их шесть, у хлора семь, у углерода четыре.
Общая конфигурация ns²np³ объясняет, почему и азот, и фосфор дают высший оксид состава Э₂O₅.
Задача 17 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns²np⁴.
- N
- O
- F
- S
- Cl
Ответ и разбор
Ответ: 24
Конфигурация ns²np⁴ означает шесть внешних электронов — VIA группа: кислород (2s²2p⁴) и сера (3s²3p⁴). У азота np³, у фтора и хлора np⁵.
Запись ns²np⁴ обобщает всю группу: n меняется с номером периода, а распределение электронов сохраняется.
Задача 18 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns²np¹.
- Be
- B
- C
- Al
- Si
Ответ и разбор
Ответ: 24
ns²np¹ — три внешних электрона, IIIA группа: бор (2s²2p¹) и алюминий (3s²3p¹). У бериллия ns², у углерода и кремния ns²np².
Три валентных электрона дают устойчивую степень окисления +3 — и у бора, и у алюминия.
Задача 19 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют электронную конфигурацию внешнего энергетического уровня ns²np³.
- C
- N
- P
- S
- Si
Ответ и разбор
Ответ: 23
ns²np³ — пять внешних электронов, VA группа: азот и фосфор. У углерода и кремния np², у серы np⁴.
Половина p-подуровня заполнена, все три электрона неспарены — состояние энергетически выгодное.
Задача 20 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов содержат на предвнешнем энергетическом уровне восемь электронов.
- Li
- Cl
- K
- Fe
- Ga
Ответ и разбор
Ответ: 23
У хлора (1s²2s²2p⁶3s²3p⁵) предвнешний — второй уровень, на нём 2 + 6 = 8 электронов. У калия (…3s²3p⁶4s¹) предвнешний третий, на нём тоже 8. У лития предвнешний 1s² — два электрона, у железа 3s²3p⁶3d⁶ — четырнадцать, у галлия 3s²3p⁶3d¹⁰ — восемнадцать.
Предвнешний уровень — предпоследний по номеру, а не предпоследний в записи. У калия это весь третий уровень целиком.
Задача 21 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов содержат на предвнешнем энергетическом уровне восемнадцать электронов.
- Ca
- Ga
- Se
- Cl
- Sc
Ответ и разбор
Ответ: 23
У галлия и селена внешний уровень четвёртый, а третий заполнен полностью: 3s²3p⁶3d¹⁰ = 18 электронов. У кальция третий уровень содержит 8 (3d пуст), у скандия — 9 (3d¹), у хлора предвнешний второй с восемью электронами.
У p-элементов четвёртого периода 3d-подуровень уже застроен, поэтому предвнешний уровень «раздут» до 18.
Задача 22 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат два неспаренных электрона.
- B
- C
- N
- O
- F
Ответ и разбор
Ответ: 24
У углерода (2p²) два электрона занимают разные орбитали — оба неспарены. У кислорода (2p⁴) четыре электрона дают одну пару и два одиночных. У бора и фтора неспаренный один, у азота — три.
Диаграмма 2p⁴: ↑↓ ↑ ↑ — первая ячейка заполнена парой, две другие заняты по одному.
Задача 23 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии не содержат неспаренных электронов.
- Be
- B
- N
- Mg
- Al
Ответ и разбор
Ответ: 14
У бериллия (2s²) и магния (3s²) единственный занятый внешний подуровень заполнен парой электронов — неспаренных нет. У бора и алюминия по одному неспаренному (np¹), у азота — три.
Чтобы стать двухвалентными, Be и Mg переходят в возбуждённое состояние ns¹np¹ — тогда появляются два неспаренных электрона.
Задача 24 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют катион Э²⁺ с электронной конфигурацией атома благородного газа.
- Mg
- Ca
- Zn
- Fe
- Al
Ответ и разбор
Ответ: 12
Mg²⁺ теряет 3s² и получает конфигурацию неона, Ca²⁺ теряет 4s² и получает конфигурацию аргона. У Zn²⁺ остаётся 3d¹⁰, у Fe²⁺ — 3d⁶, это не конфигурации благородных газов; алюминий образует Al³⁺, а не Э²⁺.
При ионизации первыми уходят электроны с внешнего уровня — у кальция это 4s², и обнажается завершённый аргоновый остов.
Задача 25 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют анион Э⁻ с электронной конфигурацией атома благородного газа.
- O
- F
- Cl
- S
- N
Ответ и разбор
Ответ: 23
Однозарядный анион образуют галогены: F⁻ достраивает уровень до конфигурации неона, Cl⁻ — до аргона. Кислород и сера принимают по два электрона (Э²⁻), азот — три (N³⁻).
Хлору (3s²3p⁵) до октета не хватает одного электрона — приняв его, он повторяет строение аргона.
Задача 26 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют одинаковое число энергетических уровней.
- Al
- Ca
- P
- N
- He
Ответ и разбор
Ответ: 13
Алюминий и фосфор стоят в третьем периоде — у обоих по три уровня. У кальция четыре уровня, у азота два, у гелия один.
Номер периода = число уровней. У алюминия заполнение то же, но внешний подуровень 3p содержит один электрон.
Задача 27 · средний уровень
Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии происходит «провал» электрона с 4s- на 3d-подуровень.
- Sc
- Cr
- Mn
- Cu
- Zn
Ответ и разбор
Ответ: 24
Провал электрона наблюдается там, где он даёт наполовину или полностью заполненный d-подуровень: хром вместо 3d⁴4s² имеет 3d⁵4s¹, медь вместо 3d⁹4s² — 3d¹⁰4s¹. У Sc, Mn и Zn конфигурация обычная, 4s².
Устойчивость d⁵ и d¹⁰ выше, чем выигрыш от пары на 4s, — поэтому один 4s-электрон переходит на 3d.
Задача 28 · средний уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов содержат по два электрона на внешнем и по восемь электронов на предвнешнем энергетическом уровне.
- Ca
- Mg
- Ti
- K
- Zn
Ответ и разбор
Ответ: 12
У магния (…2s²2p⁶3s²) внешних два, предвнешних восемь; у кальция (…3s²3p⁶4s²) — то же самое. У титана предвнешний уровень содержит 10 электронов (3s²3p⁶3d²), у цинка — 18, у калия на внешнем уровне только один электрон.
Сочетание «2 внешних + 8 предвнешних» характерно именно для s-элементов IIA группы, но не для d-элементов.
Задача 29 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в возбуждённом состоянии могут иметь четыре неспаренных электрона.
- N
- C
- S
- O
- F
Ответ и разбор
Ответ: 23
Углерод переходит из 2s²2p² в 2s¹2p³ — четыре неспаренных электрона, отсюда валентность IV. Сера распаривает 3s²3p⁴ в 3s²3p³3d¹ за счёт свободного 3d-подуровня — тоже четыре. У азота, кислорода и фтора второй уровень не имеет d-подуровня, распаривать некуда.
В основном состоянии у углерода два неспаренных электрона, но перевод одного 2s-электрона на свободную 2p-орбиталь даёт четыре — именно так возникает четырёхвалентный углерод.
Задача 30 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в возбуждённом состоянии могут иметь шесть неспаренных электронов.
- O
- S
- Cl
- Se
- F
Ответ и разбор
Ответ: 24
Сера и селен полностью распаривают внешний уровень: ns¹np³nd² — шесть неспаренных электронов, отсюда высшая валентность VI (SO₃, SeO₃). У кислорода и фтора d-подуровня на втором уровне нет. У хлора при распаривании число неспаренных остаётся нечётным: 1, 3, 5, 7.
Высшая степень окисления элемента равна номеру группы именно потому, что все валентные электроны можно распарить.
Задача 31 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат одинаковое число неспаренных электронов.
- Si
- N
- S
- Cl
- Ne
Ответ и разбор
Ответ: 13
У кремния (3p²) два неспаренных электрона; у серы (3p⁴) четыре электрона дают пару и два одиночных — тоже два. У азота их три, у хлора один, у неона неспаренных нет.
Заполнение np² и np⁴ даёт одинаковое число одиночных электронов: во втором случае «лишний» электрон просто образует пару.
Задача 32 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов имеют такую же конфигурацию внешнего энергетического уровня, как атом углерода.
- B
- Si
- N
- Ge
- Al
Ответ и разбор
Ответ: 24
У углерода внешний уровень 2s²2p², то есть ns²np². Такая же конфигурация у кремния (3s²3p²) и германия (4s²4p²) — все трое стоят в IVA группе. У бора и алюминия ns²np¹, у азота ns²np³.
Германий — p-элемент четвёртого периода: 3d-подуровень уже заполнен, но на внешний уровень он не влияет, там по-прежнему ns²np².
Задача 33 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют ионы с электронной конфигурацией 1s²2s²2p⁶.
- F
- Na
- Ca
- K
- Cl
Ответ и разбор
Ответ: 12
Конфигурация 1s²2s²2p⁶ — это неон, десять электронов. Её получают F⁻ (приняв электрон) и Na⁺ (отдав электрон). Ионы Ca²⁺, K⁺ и Cl⁻ содержат по 18 электронов и повторяют строение аргона.
F⁻ и Na⁺ изоэлектронны неону, но радиусы у них разные: чем больше заряд ядра, тем сильнее стянута та же оболочка.
Задача 34 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов образуют ионы с электронной конфигурацией 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶.
- S
- Br
- K
- Se
- Na
Ответ и разбор
Ответ: 13
Указана конфигурация аргона — 18 электронов. Её принимают S²⁻ (16 + 2) и K⁺ (19 − 1). Ионы Br⁻ и Se²⁻ изоэлектронны криптону, а Na⁺ — неону.
Ион достраивается до ближайшего благородного газа: неметаллы принимают электроны, металлы отдают.
Задача 35 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов содержат на предвнешнем энергетическом уровне два электрона.
- Li
- Na
- B
- Al
- K
Ответ и разбор
Ответ: 13
Два электрона на предвнешнем уровне — признак элементов второго периода: у них предвнешний уровень это 1s². Так у лития (1s²2s¹) и бора (1s²2s²2p¹). У натрия, алюминия и калия на предвнешнем уровне по восемь электронов.
Первый уровень вмещает максимум два электрона, поэтому у всего второго периода предвнешний уровень — ровно 1s².
Задача 36 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют наполовину заполненный p-подуровень внешнего энергетического уровня.
- C
- N
- O
- P
- Si
Ответ и разбор
Ответ: 24
p-подуровень вмещает шесть электронов, наполовину заполнен при np³ — это азот (2p³) и фосфор (3p³). У углерода и кремния np², у кислорода np⁴.
Состояние np³ устойчиво: три электрона занимают три орбитали по одному, отталкивание минимально.
Задача 37 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют полностью заполненный 3d-подуровень.
- Fe
- Cu
- Zn
- Mn
- Ni
Ответ и разбор
Ответ: 23
3d¹⁰ — у меди (3d¹⁰4s¹, с провалом электрона) и у цинка (3d¹⁰4s²). У железа 3d⁶, у марганца 3d⁵, у никеля 3d⁸.
Заполненный 3d¹⁰ у цинка не участвует в связывании — поэтому цинк проявляет только степень окисления +2 и не даёт окрашенных соединений.
Задача 38 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов содержат одинаковое число электронов на предвнешнем энергетическом уровне.
- Mg
- Ga
- Ca
- Fe
- B
Ответ и разбор
Ответ: 13
У магния предвнешний уровень 2s²2p⁶ — восемь электронов, у кальция 3s²3p⁶ — тоже восемь. У галлия там 18 (3s²3p⁶3d¹⁰), у железа 14 (3s²3p⁶3d⁶), у бора 2 (1s²).
У s-элементов d-подуровень предвнешнего уровня пуст, поэтому на нём остаётся классический октет.
Задача 39 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат два неспаренных электрона на 3d-подуровне.
- Ti
- Ni
- Cr
- Mn
- Fe
Ответ и разбор
Ответ: 12
У титана 3d² — два электрона в разных ячейках, оба неспарены. У никеля 3d⁸ — три пары и два одиночных электрона, тоже два неспаренных. У хрома их шесть (3d⁵4s¹), у марганца пять (3d⁵), у железа четыре (3d⁶).
d-подуровень содержит пять ячеек: при 3d⁸ первые три заняты парами, оставшиеся две — одиночными электронами.
Задача 40 · сложный уровень
Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат один электрон на внешнем энергетическом уровне.
- K
- Ca
- Cr
- Zn
- Sc
Ответ и разбор
Ответ: 13
У калия внешний уровень 4s¹. У хрома из-за провала электрона конфигурация 3d⁵4s¹ — на внешнем, четвёртом уровне тоже один электрон. У кальция, цинка и скандия внешний уровень 4s².
Без учёта провала у хрома ожидалось бы 4s², и ответ был бы другим — это самая частая ошибка в задании 1.