Реши

Ответ (порядок усиления металлических свойств):

\[ \text{Li} \rightarrow \text{Na} \rightarrow \text{K} \rightarrow \text{Rb} \rightarrow \text{Cs} \]

Значит, в клетки 1–5 нужно поставить: 1 — Li, 2 — Na, 3 — K, 4 — Rb, 5 — Cs.

Почему так:

Щелочные металлы — элементы IА-группы, у всех на внешнем уровне один электрон. Сверху вниз по группе растёт число электронных слоёв, а значит, и радиус атома (по таблице: Li — 152 пм, Na — 186, K — 227, Rb — 248, Cs — 265).

Чем больше радиус, тем дальше валентный электрон от ядра и тем слабее он притягивается. Поэтому атом легче отдаёт электрон, то есть металлические свойства усиливаются. Отсюда и обратная зависимость: металлические свойства тем сильнее, чем больше размер атома.

Кстати, на фото плитки стоят в обратном порядке (K, Cs, Rb, Na, Li) — их нужно перетащить, а не просто нажать «Ответить» в текущей расстановке.

Правильные варианты: 1, 4, 5
То есть нужно отметить конфигурации:

\[ 4s^1,\qquad 3s^2 3p^1,\qquad 4s^2 3d^5 \]

Разбор по каждой:

1. \(4s^1\) — это калий \(\text{K}\). Щелочной металл, на внешнем уровне один электрон, легко его отдаёт. Металл.
2. \(4s^2 4p^5\) — это бром \(\text{Br}\). До завершения внешнего уровня не хватает одного электрона, типичный неметалл. Не металл.
3. \(2s^2 2p^1\) — это бор \(\text{B}\). В школьном курсе его относят к неметаллам (металлоидам). Не металл.
4. \(3s^2 3p^1\) — это алюминий \(\text{Al}\). На внешнем уровне три электрона, отдаёт их, проявляет металлические свойства. Металл.
5. \(4s^2 3d^5\) — это марганец \(\text{Mn}\). Переходный металл, \(d\)-электроны тоже участвуют в образовании связей. Металл.

Как быстро определять:
Металлы — это элементы, у которых на внешнем уровне обычно \(1\)–\(3\) электрона (или это \(d\)-элементы). Неметаллы стремятся принять электроны, поэтому у них на внешнем уровне \(5\)–\(7\) электронов.

Заполненный текст:

На внешнем уровне атомов металлов обычно 1–3 электрона(ов). Металлы легко отдают электроны в химических реакциях. Этим объясняются восстановительные свойства металлов. Относительная электроотрицательность металлов, за исключением благородных металлов, меньше 2,0. Для металлов характерны тепло- и электропроводность, пластичность. Все металлы являются хорошими проводниками.

Коротко почему:

• Металлы — элементы, у которых на внешнем слое мало электронов (1–3), поэтому им энергетически выгоднее их отдать.
• Отдавая электроны, металл сам окисляется, а другое вещество восстанавливает — значит, металлы проявляют восстановительные свойства.
• Электроотрицательность металлов меньше 2,0: они не «тянут» чужие электроны к себе, а наоборот, отдают свои.
• Общие физические свойства металлов — электропроводность, теплопроводность, пластичность, металлический блеск; поэтому металлы — хорошие проводники.

Если в выпадающих списках формулировки чуть другие, выбирай близкие по смыслу: «1–3», «отдают», «восстановительные», «меньше», «тепло- и электропроводность», «проводниками».

Ответ: 1 — Fe, 2 — Cr, 3 — Ca, 4 — Ba.

То есть по клеткам слева направо:

\[ \text{Fe} \rightarrow \text{Cr} \rightarrow \text{Ca} \rightarrow \text{Ba} \]

Почему так:

Восстановительные свойства металла тем сильнее, чем легче он отдаёт электроны. Это видно по положению в ряду активности металлов (электрохимическом ряду напряжений):

\[ \text{Ba} \;—\; \text{Ca} \;—\; \text{Cr} \;—\; \text{Fe} \]

(слева — самые активные, справа — менее активные).

• Ba — щелочноземельный металл 6-го периода, самый активный из четвёрки.
• Ca — тоже щелочноземельный, но в 4-м периоде, поэтому слабее Ba.
• Cr — переходный металл, стоит в ряду активности правее Ca.
• Fe — из этих четырёх наименее активен, отдаёт электроны труднее всех.

Это подтверждают и стандартные электродные потенциалы:

\[ \begin{aligned} \varphi^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) &= -0{,}44\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Cr}^{3+}/\text{Cr}) &= -0{,}74\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Ca}^{2+}/\text{Ca}) &= -2{,}87\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Ba}^{2+}/\text{Ba}) &= -2{,}90\ \text{В} \end{aligned} \]

Чем меньше (более отрицателен) потенциал, тем сильнее восстановительные свойства. Порядок усиления: Fe → Cr → Ca → Ba.

Короткий ответ: медь встанет первой слева, то есть ряд усиления восстановительных свойств примет вид

\[ \text{Cu} \rightarrow \text{Fe} \rightarrow \text{Cr} \rightarrow \text{Ca} \rightarrow \text{Ba} \]

Медь — самый слабый восстановитель из всех пятерых: она стоит в ряду активности после водорода.

Почему так:

В электрохимическом ряду напряжений металлы расположены так:

\[ \ldots \text{Ca} \ldots \text{Cr} \ldots \text{Fe} \ldots \; \text{H} \; \ldots \text{Cu} \ldots \]

Чем правее металл, тем труднее он отдаёт электроны. Медь находится правее и железа, и хрома, и тем более кальция и бария.

Это видно по стандартным потенциалам:

\[ \begin{aligned} \varphi^\circ(\text{Cu}^{2+}/\text{Cu}) &= +0{,}34\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Fe}^{2+}/\text{Fe}) &= -0{,}44\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Cr}^{3+}/\text{Cr}) &= -0{,}74\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Ca}^{2+}/\text{Ca}) &= -2{,}87\ \text{В}\\ \varphi^\circ(\text{Ba}^{2+}/\text{Ba}) &= -2{,}90\ \text{В} \end{aligned} \]

У меди потенциал положительный — единственный из пяти. Значит, медь восстанавливается легче всех, а окисляется (отдаёт электроны) труднее всех.

Проверка на реакциях:

• Медь не вытесняет водород из разбавленной соляной или серной кислоты: \[ \text{Cu} + \text{HCl} \rightarrow \text{реакции нет} \]
• А более активное железо вытесняет медь из раствора её соли: \[ \text{Fe} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu} \]

Направление реакции подтверждает: восстановительные свойства у железа сильнее, чем у меди.

Электронные конфигурации:

Как запоминать порядок заполнения:

\[ 1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p \]

Поэтому у калия сначала заполняется \(4s\), а не \(3d\). У железа после \(4s^2\) идёт \(3d^6\), а у цинка \(3d\)-подуровень заполнен полностью: \(3d^{10}4s^2\).

У алюминия на внешнем уровне 3 электрона (\(3s^2 3p^1\)), у магния — 2 (\(3s^2\)), у калия — 1 (\(4s^1\)). Это и объясняет их металлические свойства: внешние электроны сравнительно легко отдаются.

Ответ: нужно отметить \(\text{Ca}^{2+}\) и \(\text{K}^{+}\).

Почему:

Данная конфигурация

\[ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 4s^0 \]

означает, что все электроны заполнили уровни до \(3p\) включительно, а \(4s\)-подуровень пуст. Это электронное строение благородного газа аргона:

\[ 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^6 = [\text{Ar}],\quad 18\ \text{электронов}. \]

Значит, у искомого катиона должно быть 18 электронов и никаких электронов на \(4s\). Проверяем все варианты:

Металлы при отдаче электронов сначала теряют внешние \(4s\)-электроны, поэтому у \(\text{K}^{+}\) и \(\text{Ca}^{2+}\) подуровень \(4s\) действительно оказывается пустым (\(4s^0\)), а «глубинные» \(3d\)-электроны у них ещё не появились.

Ключевая идея: число электронов в ионе = заряд ядра − заряд иона. Считаешь электроны — и сравниваешь с конфигурацией в условии. Так можно быстро проверять любые подобные задания.

Ответ: первая (верхняя) картинка.

Почему:

• Верхнее изображение — это металлическая кристаллическая решётка. В её узлах находятся положительно заряженные ионы металла (\(+\)), а между ними свободно перемещаются общие электроны (обозначены \(\bar{e}\), «электронный газ»). Металлическая связь возникает за счёт притяжения катионов металла и этих свободных электронов.
• Нижнее изображение — это ионная кристаллическая решётка.: в узлах расположены поочерёдно два вида ионов с противоположными зарядами (положительные и отрицательные, например \(\text{Na}^+\) и \(\text{Cl}^-\)), никаких свободных электронов нет. Так устроены соли, оксиды металлов.

Как быстро отличать на таких схемах:

Поэтому отмечать нужно верхний вариант — там есть значки «+» и свободные электроны, что и есть характерный признак металлической решётки.

Правильный ответ: верхняя картинка.

Почему:

• Вверху — металлическая кристаллическая решётка: в узлах находятся одинаковые атомы (катионы) металла, а между ними — общие свободные электроны (на схеме показаны одинаковыми жёлтыми шарами, связанными между собой). Такое строение характерно для металлов (например, меди, золота, серебра).
• Внизу — ионная кристаллическая решётка: в узлах поочерёдно расположены два разных вида ионов (серые и синие шары с разными зарядами). Так устроены соли, например хлорид натрия \(\text{NaCl}\).

Как отличать на таких схемах:

Поэтому нужно выбрать верхний вариант — там все шары одинаковые, что соответствует металлу.