章末問題

オゾン $\ce{O3}$ は酸素原子のみからなる純物質なので単体。青銅は2種類の金属が混ざり合った合金なので混合物。硫酸 $\ce{H2SO4}$ は水素・硫黄・酸素の3種類の元素からなる純物質なので化合物。黒鉛は炭素原子のみからなる純物質なので単体です。

答え:単体はオゾン・黒鉛。化合物は硫酸。混合物は青銅。

まず、混合物を水に加えて塩化ナトリウムを溶かします(砂は水に溶けません)。次に、この液をろ過して、水に溶けない砂をろ紙の上に残し、塩化ナトリウム水溶液をろ液として得ます。最後に、このろ液を加熱して水を蒸発させると、塩化ナトリウムの結晶だけが得られます。

答え:水に溶かした後、ろ過で砂を除き、ろ液を蒸発させて塩化ナトリウムの結晶を得る。

質量数 $A=$ 陽子数 $Z$ + 中性子数 $N$ の関係から、$Z=A-N=23-12=11$ です。原子番号は11なので、この原子はナトリウムです。原子は電気的に中性なので、電子の数は陽子の数(原子番号)と同じ11個です。

答え:原子番号11、電子の数11個

$\text{原子量}=\frac{6.02\times7.6+7.02\times92.4}{100}=\frac{45.752+648.648}{100}=\frac{694.4}{100}=6.944$

答え:6.94

K殻に2個、L殻に8個入れると、残りは $16-2-8=6$ 個で、これがM殻に入ります。よって電子配置はK殻2、L殻8、M殻6です。最外殻(M殻)の電子数がそのまま価電子の数になるので、価電子は6個です。

答え:電子配置K2 L8 M6、価電子6個

カルシウム原子が電子を2個失うと、正の電荷を2個持つイオンになるので、イオン式は $\ce{Ca^2+}$ です。イオン化エネルギーは、原子から電子を取り去るのに必要なエネルギーなので、この値が小さい原子ほど電子を離しやすく、陽イオンになりやすいといえます。

答え:$\ce{Ca^2+}$。イオン化エネルギーが小さいことで説明される。

塩化カリウムは、金属元素であるカリウムと非金属元素である塩素からなるため、$\ce{K+}$ と $\ce{Cl-}$ の間のイオン結合でできた結晶です。イオン結合は、陽イオンと陰イオンの間の強い静電気的な引力によるものなので、結晶を壊す(融解させる)には大きなエネルギーが必要であり、融点が高くなります。

一方、ヨウ素の結晶は、ヨウ素分子 $\ce{I2}$ どうしが弱い分子間力によって集まってできた分子結晶です。$\ce{I2}$ 分子内部の共有結合は強いものの、分子と分子を結びつけている力は弱い分子間力にすぎないため、比較的小さなエネルギーで分子どうしがばらばらになり、融点は低くなります。

答え:塩化カリウムは強いイオン結合による結晶であるのに対し、ヨウ素は弱い分子間力で分子が集まった分子結晶であるため、塩化カリウムの方が融点がはるかに高い。

炭素原子(価標4本)のまわりに、水素原子(価標1本)を4個、単結合でつなげば、炭素の価標4本、それぞれの水素の価標1本という条件をちょうど満たします。したがって構造式は、炭素を中心に4本の単結合で4個の水素がつながった形になります。

炭素原子は4個の価電子すべてを4本の共有結合に使い切っており、水素原子もそれぞれ1個の電子をすべて共有結合に使っているため、この分子には非共有電子対は存在しません。

答え:炭素を中心に4個の水素が単結合でつながった構造。非共有電子対は存在しない。