物質の構成と化学結合の問題

次の 8 種類の分子のうち、分子を構成するすべての原子の中心（原子核）が一直線上に並ぶ分子、すなわち直線形の分子は何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{CO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{NH}}_3$, ${\text{CH}}_4$, $\text{HCN}$, ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$（アセチレン）, ${\text{H}}_2\text{S}$, ${\text{CS}}_2$

ただし、各原子の価電子の数は $\text{H}$ が $1$, $\text{C}$ が $4$, $\text{N}$ が $5$, $\text{O}$ と $\text{S}$ が $6$ とし、各分子の中で水素原子以外の原子はオクテットを満たしているものとする。

次の 9 種類のイオンのうち、イオン 1 個に含まれる電子の総数が貴ガス（希ガス）のネオン $\text{Ne}$ 原子の電子の数と等しいものは何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{NH}}_4^{+}$, ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, ${\text{OH}}^{-}$, ${\text{NH}}_2^{-}$, ${\text{CN}}^{-}$, ${\text{O}}_2^{2-}$, ${\text{HS}}^{-}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{Cl}}^{-}$

ただし、原子番号は $\text{H}=1$, $\text{C}=6$, $\text{N}=7$, $\text{O}=8$, $\text{Ne}=10$, $\text{Mg}=12$, $\text{S}=16$, $\text{Cl}=17$ とする。

次の 11 種類のイオンのうち、貴ガス（希ガス）のアルゴン $\text{Ar}$ 原子と同じ電子配置をもつものは何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{Li}}^{+}$, ${\text{O}}^{2-}$, ${\text{F}}^{-}$, ${\text{Na}}^{+}$, ${\text{Mg}}^{2+}$, ${\text{P}}^{3-}$, ${\text{S}}^{2-}$, ${\text{Cl}}^{-}$, ${\text{K}}^{+}$, ${\text{Ca}}^{2+}$, ${\text{Br}}^{-}$

ただし、各元素の原子番号は $\text{Li}=3$, $\text{O}=8$, $\text{F}=9$, $\text{Na}=11$, $\text{Mg}=12$, $\text{P}=15$, $\text{S}=16$, $\text{Cl}=17$, $\text{Ar}=18$, $\text{K}=19$, $\text{Ca}=20$, $\text{Br}=35$ とする。

次の 6 種類の分子のうち、極性分子は何種類あるか。かっこ内は分子の形である。また、ポーリングの電気陰性度を $\mathrm{H}=2.2$、$\mathrm{C}=2.6$、$\mathrm{N}=3.0$、$\mathrm{O}=3.4$、$\mathrm{Cl}=3.2$ とする。

• $\mathrm{C}{\mathrm{l}}_2$（直線形）
• $\mathrm{HCl}$（直線形）
• $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$（直線形、$\mathrm{O}$ が $\mathrm{C}$ の両側にある）
• ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$（折れ線形）
• $\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$（三角錐形）
• $\mathrm{CC}{\mathrm{l}}_4$（正四面体形、$\mathrm{C}$ が中心）

水素には同位体 ${}^1\text{H}$ と ${}^2\text{H}$ があり、酸素には同位体 ${}^{16}\text{O}$, ${}^{17}\text{O}$, ${}^{18}\text{O}$ がある。これらの同位体を組み合わせてできる水分子 ${\text{H}}_2\text{O}$（水素原子 2 個と酸素原子 1 個からなる分子）のうち、分子を構成する 3 個の原子の質量数の和が $20$ であるものは何種類あるか。整数で答えよ。

ただし、水素と酸素の同位体はここに挙げたものだけとし、含まれる同位体の種類と数が同じ分子は同じ種類として数える（例えば、${}^1\text{H}$ と ${}^2\text{H}$ を 1 個ずつ含む分子は、原子の並び方によらず 1 種類とする）。