物質の構成と化学結合の問題

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 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。

原子番号 $20$ 以下の典型元素からなる、1 種類の単原子陽イオンと 1 種類の単原子陰イオンだけでできたイオン結晶 Z がある。Z について次のことがわかっている。

• 陽イオンも陰イオンも、貴ガス（希ガス）のネオン $\text{Ne}$ 原子と同じ電子配置をもつ。
• Z の中の陽イオンと陰イオンの数の比は $2:3$ である。

Z $10.2\text{g}$ に含まれる電子の総数はいくつか。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子番号は $\text{N}=7$, $\text{O}=8$, $\text{F}=9$, $\text{Ne}=10$, $\text{Na}=11$, $\text{Mg}=12$, $\text{Al}=13$、原子量は $\text{N}=14$, $\text{O}=16$, $\text{F}=19$, $\text{Na}=23$, $\text{Mg}=24$, $\text{Al}=27$、アボガドロ定数は $6.0\times 10^{23}/\text{mol}$ とする。

次の 6 種類の分子を 1 分子ずつ考える。これら 6 分子に含まれる非共有電子対の数の合計はいくつか。整数で答えよ。

${\text{N}}_2$, ${\text{CO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{NH}}_3$, $\text{HCl}$, ${\text{CH}}_4$

ただし、各原子の価電子の数は $\text{H}$ が $1$, $\text{C}$ が $4$, $\text{N}$ が $5$, $\text{O}$ が $6$, $\text{Cl}$ が $7$ とし、各分子の中で水素原子以外の原子はオクテット（最外殻に 8 個の電子をもつ状態）を満たしているものとする。

ある塩素の試料は、同位体 ${}^{35}\text{Cl}$ と ${}^{37}\text{Cl}$ だけからなり、この試料における塩素の原子量は $35.4$ である。${}^{35}\text{Cl}$ と ${}^{37}\text{Cl}$ の相対質量をそれぞれ $35.0$, $37.0$ とする。

この試料の塩素原子だけからできた塩素分子 ${\text{Cl}}_2$ の集団を考える。分子をつくる 2 個の原子は、それぞれ独立に上の存在比にしたがって ${}^{35}\text{Cl}$ または ${}^{37}\text{Cl}$ になるものとする。このとき、塩素分子全体のうち、2 個の原子の質量数の和が $72$ である分子の数の割合は何 % か。有効数字 2 桁で答えよ。