ΜΑΘΗΜΑ / ΤΑΞΗ : ΧΗΜΕΙΑ / Γ ΛΥΚΕΙΟΥ ΣΕΙΡΑ: 1 ΗΜΕΡΟΜΗΝΙΑ: 07 / 09 /2014 ΑΠΑΝΤΗΣΕΙΣ ΘΕΜΑ Α Για τις ερωτήσεις Α1 έως και Α5 να γράψετε στο τετράδιό σας τον αριθμό της ερώτησης και δίπλα το γράμμα που αντιστοιχεί στη σωστή απάντηση. A1. Στην εξίσωση E = h f το σύμβολο Ε εκφράζει: α. την ενέργεια μιας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας β. το στοιχειώδες ποσό ενέργειας μιας ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας γ. την ενέργεια του ηλεκτρονίου στο άτομο του υδρογόνου δ. την ενέργεια ενός ηλεκτρονίου σε οποιοδήποτε άτομο A2. Ποια από τις παρακάτω τετράδες κβαντικών αριθμών δεν είναι επιτρεπτή; α. (2, 1, 1, ½) β. (2, 1, 0, - ½) γ. (4, 2, - 2, - ½) δ. (3, 3, 1, - ½) A3. Για το ιόν 26 Fe 3+, πόσα ηλεκτρόνια στη θεμελιώδη του κατάσταση έχουν μαγνητικό κβαντικό αριθμό ίσο με το μηδέν (m l = 0); α. 12 β. 11 γ. 10 δ. καμία από τις παραπάνω τιμές. A4. Σε ποια από τις παρακάτω σειρές οι υποστιβάδες 3p, 3d, 4s στο άτομο του υδρογόνου, έχουν τοποθετηθεί κατά αυξανόμενη ενέργεια: α. E(3p) = E(3d) < E(4s) β. E(3p) < E(3d) < E(4s) γ. E(3p) < E(4s) < E(3d) δ. E(3p) < E(3d) = E(4s) A5. Ο μικρότερος ατομικός αριθμός στοιχείου με Σm s = 3 είναι: α. 24 β. 26 γ. 62 δ. 67 Σελίδα 1 από 5
ΘΕΜΑ Β Β1. Να χαρακτηρίσετε τις προτάσεις που ακολουθούν, γράφοντας στο τετράδιό σας δίπλα στο γράμμα που αντιστοιχεί σε κάθε πρόταση τη λέξη Σωστή, αν η πρόταση είναι σωστή, ή Λανθασμένη, αν η πρόταση είναι λανθασμένη και να ατιολογήσετε κάθε επιλογή σας. i. Η ενέργεια που απαιτείται για τον ιοντισμό του ατόμου του υδρογόνου είναι - 2,18 10-18 J. Λανθασμένη: ΔΕ = Ε f - E i ή ΔΕ = 0 (- 2,18 10-18 ) ή ΔΕ = 2,18 10-18 J. i Το πλήθος των s υποστοιβάδων σε ένα άτομο (είτε περιέχουν ηλεκτρόνια είτε όχι) είναι αριθμητικά μεγαλύτερο από τον αριθμό των υποστοιβάδων p. Σωστή: Δεν υπάρχει η 1p. Ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων για κάθε στοιβάδα προκύπτει με εφαρμογή της αρχής της ελάχιστης ενέργειας, του κανόνα του Pauli και του κανόνα του Hund. Λανθασμένη: Ο αριθμός των ηλεκτρονίων σε κάθε τροχιακό άρα και σε κάθε υποστοιβάδα στοιβάδα καθορίζεται μόνο από τον κανόνα του Pauli. iv. Το στοιχείο με 7 ηλεκτρόνια με m s = - ½ έχει ατομικό αριθμό 15. Λανθασμένη: Κάνουμε ηλεκτρονιακή δόμηση και μετράμε τα ηλεκτρόνια που έχουν m s = - ½: 1s 2 $$$$$$2s 2$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 2p 6 $$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$3s 2$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$$ 3p 4 1$e 1$e 3$e 1$e 1$e οπότε Ζ = 15 v. Ο ατομικός αριθμός του στοιχείου της 4 ης περιόδου του περιοδικού πίνακα που έχει συμπληρωμένη την 3d υποστοιβάδα είναι 30. Λανθασμένη: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 9 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 Ζ = 29 Β2. Ποιος είναι ο μέγιστος αριθμός ηλεκτρονίων που μπορούν: i. Να τοποθετηθούν στην υποστοιβάδα 3f. 0 ηλεκτρόνια αφού δεν υπάρχει η υποστιβάδα 3f. Να τοποθετηθούν στην στοιβάδα με n = 3. Η στιβάδα με n = 3 έχει τις υποστιβάδες 3s, 3p και 3d άρα μπορούν να τοποθετηθούν συνολικά 2 + 6 + 10 = 18 ηλεκτρόνια. i Σε ατομικό τροχιακό της στοιβάδας 3d. 2 ηλεκτρόνια όπως και σε κάθε τροχιακό λόγω της απαγορευτικής αρχής του Pauli. Β3. Να υπολογίσετε τον ατομικό αριθμό στοιχείου με 9 ηλεκτρόνια σε s ατομικά τροχιακά. Για να έχουμε 9 ηλεκτρόνια σε s τροχιακά προσθέτουμε ηλεκτρόνια στις υποστιβάδες μέχρι να φτάσουμε στο 5s 1 δηλαδή: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 1 Ζ = 37 Με δεδομένο όμως ότι η d υποστιβάδα όταν είναι ημισυμπληρωμένη (με 5 ηλεκτρόνια) ή συμπληρωμένη (με 10 ηλεκτρόνια) χαμηλώνει ενεργειακά και παρουσιάζει μεγάλη σταθερότητα υπάρχουν ακόμα δύο πιθανοί ατομικοί αριθμοί που είναι οι εξής: Σελίδα 2 από 5
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 4 Ζ = 42 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 5 5s 1 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 9 Ζ = 47 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 10 5s 1 Β4. Να βρεθεί η ηλεκτρονιακή δομή των παρακάτω ατόμων - ιόντων: i. 11Na, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1 1 η ομάδα και 3 η περίοδος στον Περιοδικό Πίνακα. 25Mn, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 5 7 η ομάδα και 4 η περίοδος στον Περιοδικό Πίνακα. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2 i 26Fe 2+, 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 8 η ομάδα και 4 η περίοδος στον Περιοδικό Πίνακα. 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2!2e 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 iv. 53I 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 5 Πίνακα. 17 η ομάδα και 5 η περίοδος στον Περιοδικό Σε ποια ομάδα και σε ποια περίοδο του Περιοδικού Πίνακα ανήκει το καθένα από τα στοιχεία αυτά; ΘΕΜΑ Γ Γ1. Να προσδιορίσετε τον ατομικό αριθμό του: i. 4 ου ευγενούς αερίου, Το τέταρτο ευγενές αέριο ανήκει στην τέταρτη περίοδο του περιοδικού πίνακα και έχει δομή εξωτερικής στιβάδας 4s 2 4p 6 άρα η ηλεκτρονιακή του δομή είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 6 Ζ = 36 2 ου αλκαλίου Το δεύτερο αλκάλιο ανήκει στην τρίτη περίοδο του περιοδικού πίνακα, αφού το Η δεν είναι αλκάλιο. Έχει δομή εξωτερικής στιβάδας 3s 1 άρα η ηλεκτρονιακή του δομή είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 3 Ζ = 11 Σελίδα 3 από 5
i iv. 3 ου αλογόνου Το τρίτο αλογόνο ανήκει στην τέταρτη περίοδο του περιοδικού πίνακα, αφού η ομάδα των αλογόνων ξεκινά από την δεύτερη περίοδο και έχει δομή εξωτερικής στιβάδας 4s 2 4p 5 άρα η ηλεκτρονιακή του δομή είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 5 Ζ = 35 1 ου στοιχείου μετάπτωσης στην 5 η περίοδο του Περιοδικού Πίνακα. Η σειρά πλήρωσης του 1 ου στοιχείου μετάπτωσης στην 5 η περίοδο του Περιοδικού Πίνακα θα τελειώνει σε 4d 1. Άρα η ηλεκτρονιακή του δομή είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 1 Ζ = 39 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 4d 1 5s 2 Γ2. Να βρεθεί ο ατομικός αριθμός στοιχείου: i. με 4 μονήρη ηλεκτρόνια στην υποστοιβάδα 3d. Η σειρά πλήρωσης του στοιχείου με 4 μονήρη ηλεκτρόνια στην υποστοιβάδα 3d είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 6 Ζ = 26 και όχι 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 4 που γίνεται 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 με 6 μονήρη ηλεκτρόνια. με 2 ασύζευκτα ηλεκρόνια στην στοιβάδα με n = 3. Η σειρά πλήρωσης του στοιχείου με 2 ασύζευκτα ηλεκρόνια στην στοιβάδα με n = 3 είναι: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 2 Ζ = 14 ή 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 4 Ζ = 16 ή 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 2 Ζ = 22 ή 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 8 Ζ = 28. Γ3. Δίνονται τα στοιχεία Χ, Υ και Ζ με ατομικούς αριθμούς x, x+1 και x+2 αντίστοιχα. Αν το Υ είναι ευγενές αέριο να βρείτε σε ποιες ομάδες του περιοδικού πίνακα ανήκουν τα Χ, Υ, Ζ. Αν το Υ είναι οποιοδήποτε ευγενές αέριο εκτός από το He το Χ ανήκει στην 17 η ομάδα του Περιοδικού Πίνακα και το Ζ στην 1 η. Αν το Υ είναι το He τα Χ και Ζ ανήκουν στην 1 η ομάδα του Περιοδικού Πίνακα. Γ4. Με δεδομένο ότι τα μέχρι σήμερα γνωστά στοιχεία είναι 113 να βρείτε τον αριθμό των στοιχείων σε κάθε περίοδο του Περιοδικού Πίνακα. Το τέλος της κάθε περιόδου του Περιοδικού Πίνακα σηματοδοτείται από το ευγενές αέριο αυτής της περιόδου. Με δεδομένο ότι οι ατομικοί αριθμοί των ευγενών αερίων είναι 2, 10, 18, 36, 54 και 86 για να βρούμε τον αριθμό των στοιχείων σε κάθε περίοδο του Περιοδικού Πίνακα αρκεί να αφαιρέσουμε από τον ατομικό αριθμό του ευγενούς αερίου αυτής της περιόδου τον ατομικό αριθμό του ευγενούς αερίου της προηγούμενης. Ετσι έχουμε: 1 η περίοδος: 2 0 = 2 στοιχεία 2 η περίοδος: 10 2 = 8 στοιχεία 3 η περίοδος: 18 10 = 8 στοιχεία 4 η περίοδος: 36 18 = 18 στοιχεία 5 η περίοδος: 54 36 = 18 στοιχεία 6 η περίοδος: 86 54 = 32 στοιχεία 7 η περίοδος: 113 86 = 27 στοιχεία Σελίδα 4 από 5
ΘΕΜΑ Δ Ηλεκρόνιο στο άτομο του υδρογόνου που βρίσκεται στην ενεργειακή στάθμη Εx απορροφά φωτόνιο μήκους κύματος λ 1 και μεταπηδά στην ενεργειακή στάθμη Εy που έχει ενέργεια - 15Ε 1 /16 μεγαλύτερη από την Εx. Αν Ε 1 η ενέργεια του ηλεκτρονίου στο άτομο του υδρογόνου όταν βρίσκεται στη θεμελιώδη κατάσταση να βρείτε: Δ1. Ποια είναι η ενεργειακή στάθμη Εx και ποια η Εy. Αρχική στοιβάδα: Εx = Ε 1 /x 2 Τελική στοιβάδα: Εy = Ε 1 /y 2 Αφού το ηλεκτρόνιο απορροφά φωτόνιο έχουμε: ΔΕ = Ε f E i = Εy Εx ή - 15Ε 1 /16 ή Ε 1 /y 2 - E 1 /x 2 = - 15Ε 1 /16 ή 1/y 2-1/x 2 = - 15/16 (1) Για να προσδιορίσουμε τα x και y κάνουμε διερεύνηση στη σχέση 1. Για οποιαδήποτε τιμή του x εκτός από την τιμή 1 το y βγαίνει μικρότερο του 0. Οπότε x = 1 και y = 4. Δ2. Πόσοι είναι οι δυνατοί τρόποι αποδιέγερσης του ηλεκτρονίου από την Εy στη θεμελιώδη κατάσταση. Oι δυνατοί τρόποι αποδιέγερσης του ηλεκτρονίου είναι 4 : 1 ος τρόπος : N K 2 ος τρόπος : N L K 3 ος τρόπος : N M K 4 ος τρόπος : N M L K Δ3. Τον μέγιστο αριθμό μηκών κύματος που θα παρατηρηθούν κατά την αποδιέγερση του ηλεκτρονίου από την στιβάδα Εy στη θεμελιώδη κατάσταση. Τα πιθανά μήκη κύματος που μπορεί να παρατηρηθούν κατά την αποδιέγερση ενός ηλεκτρονίου από την στιβάδα με n = 4 στο άτομο του υδρογόνου είναι έξι σύμφωνα με το παρακάτω σχήμα:! E 1 2 4 5 n#=4 n#=#3 n#=#2 3 6 n#=#1 Σελίδα 5 από 5