中等部３学年のチャレンジ問題－原子・分子編－です。基本から難問まで幅広くありますから，頑張って下さい。また，各問題の解答もあります。きちんと最後まで解いてから答えを合わせましょう。

1 次の文中の(　)に当てはまる適当な語句を，①～⑩のうちから1つずつ選び記号で答えよ。
　原子から電子が放出されると，その原子は(　ア　)となり，放出された電子の数はイオンの(　イ　)に相当する。生成したイオンの電子配置は，原子番号の近い(　ウ　)原子のものと同じになることが多い。原子が陽イオンになるときに必要な最小のエネルギーを(　エ　)という。一般に，(　エ　)が(　オ　)原子ほど陽イオンになりやすい。一方，原子が電子を受け取って陰イオンになるときに放出するエネルギーを(　カ　)という。一般に，(　カ　)が(　キ　)原子ほど陰イオンになりやすい。
　　①価数　　②小さい　　③大きい　　④陽イオン　　⑤陰イオン　　⑥希ガス
　　⑦電子親和力　　⑧電気陰性度　　 ⑨ハロゲン　　⑩イオン化エネルギー

　

2 次の表は元素の周期表である。ただし，一部の元素記号は省いてある。また図は，第1イオン化エネルギーの周期性を示している。下の各問いに答えよ。

　 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
1 H 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 He
2 Li Be 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 B C N O F Ne
3 Na Mg 　 　 　 　 　 　 　 　 　 　 Al Si P S Cl Ar
4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr

　

(1)図において，x，y，zにあたる元素の元素記号をそれぞれ答えよ。
(2)図において，原子a，b，cの電子配置の特徴について，原子bを例に挙げて説明せよ。
(3)Ne原子と同じ電子配置をもつイオンにO２－，F－，Na＋，Mg２＋があるが，これらのイオンの大きさを予想して，大きな順に不等号を使って示せ。

　

3 図は，HF，HCl，HBr，HIの分子量と沸点を比較したものである。

(1)それぞれの分子量を答えよ。
(2)分子量の値からみて，沸点が異常に高い物質がある。その物質の分子式を答えよ。
(3)なぜそのように異常に高い沸点を示すのか。簡単に説明せよ。
(4)このように同族の水素化合物で同じように特徴を持つ物質は他に何があるか。1つあげよ。

　

解答

1 ア ④　イ ①　ウ ⑥　エ ⑩　オ ②　カ ⑦　キ ③

【解説】
安定な単原子イオンの電子配置は，原子番号の近い希ガスの電子配置と同じである。原子から電子を1個ずつ取り出して陽イオンにするときに必要な最小のエネルギーをそれぞれ第1，第2，第3…イオン化エネルギーという。一般に，第1イオン化エネルギー(単にイオン化エネルギーとよぶこともある)が小さい原子ほど陽イオンになりやすい。一方，原子が電子を受け取って陰イオンになるときに放出するエネルギーを電子親和力という。この値が大きい原子ほど陰イオンになりやすい。

　

2 （1）x…Li， y…Na， z…K
　（2）bはNeで，最外電子殻に収容できる最大数の電子（8個）でみたされた安定な電子配置（閉殻構造）となっている。
　（3）O２－＞F－＞Na＋＞Mg２＋

【解説】
(2)元素a，b，cは，He，Ne，Arである。NeはK殻，L殻の順に2，8の電子が収容されている。最外電子殻が収容できる最大数の電子でみたされた安定な電子配置（閉殻構造）となっている。
(3)各イオンの電子配置はK(2)，L(8)で同じである。原子核の陽子数（正電荷）が多いほど最外電子殻の電子が中心へ強く引きつけられるため，半径が小さくなる。

　

3 （1）HF…20， HCl…36.5， HBr…81， HI…128　（2）HF　（3）HFが分子間で水素結合をしてしまうため。　（4）H2O，NH3など

【解説】
　非常に陰性の強いF，O，Nなどの原子がHと共有結合した分子間には，ふつうの分子間力より強い力（水素結合）がはたらいており，このために，HFやH2O，NH3などの沸点は，分子量のわりには高い。
　原子が共有電子対を引き寄せる度合いを電気陰性度という。F，O，Nは電気陰性度が大きく，水素など電気陰性度の小さい原子と結合すると，電子が大きいほうに引き寄せられて，電気的なかたよりが生じる。このように分子全体として，電気的なかたよりをもつ分子を極性分子という。この電気的なかたよりの大きいHF，H2O，NH3などの分子では，d+（dは小さな値という意味）の電気を帯びたH原子とd-の電気を帯びたF，O，Nなどの原子が，分子間で電気的に引き合う。これを水素結合といい，HF，H2O，NH3の分子間に強い力がはたらく（沸点が高い）原因である。

　

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