物質の構成と化学結合の問題

第 3 周期の典型元素 X の原子から電子を 1 個ずつ取り去るときのイオン化エネルギーは、次のとおりであった（単位は $\text{kJ/mol}$）。

• 第 1 イオン化エネルギー：$578$
• 第 2 イオン化エネルギー：$1817$
• 第 3 イオン化エネルギー：$2745$
• 第 4 イオン化エネルギー：$11577$
• 第 5 イオン化エネルギー：$14842$

X の単体 $2.7\text{g}$ を酸素と完全に反応させ、X のイオンと酸化物イオン ${\text{O}}^{2-}$ からなる酸化物だけを生成させた。このとき、X のイオンは貴ガス（希ガス）と同じ電子配置をとっていた。生成した酸化物の質量は何 g か。有効数字 2 桁で答えよ。

ただし、原子量は $\text{O}=16$, $\text{Na}=23$, $\text{Mg}=24$, $\text{Al}=27$, $\text{Si}=28$, $\text{P}=31$, $\text{S}=32$ 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 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。

原子番号が連続する 5 つの元素 $\text{A}$, $\text{B}$, $\text{C}$, $\text{D}$, $\text{E}$ があり、原子番号はこの順に 1 ずつ大きくなっている。$\text{C}$ は貴ガス（希ガス）であり、$\text{D}$ の原子の最外殻電子は N 殻に入っている。

$\text{A}$ の原子と $\text{D}$ の原子は、それぞれ原子番号が最も近い貴ガスの原子と同じ電子配置をもつ単原子イオンになり、これらのイオンからなるイオン結晶をつくる。このイオン結晶の組成式 1 つ分に含まれる電子の総数はいくつか。整数で答えよ。

ただし、貴ガスの原子番号は $\text{He}=2$, $\text{Ne}=10$, $\text{Ar}=18$, $\text{Kr}=36$ とし、電子殻は内側から K 殻, L 殻, M 殻, N 殻の順に電子が入るものとする。

酸化マグネシウム $\text{MgO}$ の結晶は、マグネシウムイオン ${\text{Mg}}^{2+}$ と酸化物イオン ${\text{O}}^{2-}$ からなるイオン結晶である。その単位格子は一辺の長さ $4.2\times 10^{-8}\text{cm}$ の立方体で、${\text{Mg}}^{2+}$ は立方体の各頂点と各面の中心に、${\text{O}}^{2-}$ は立方体の各辺の中点と立方体の中心に位置している。

この結晶の密度は何 ${\text{g/cm}}^3$ か。有効数字 2 桁で答えよ。ただし、原子量は $\text{O}=16$, $\text{Mg}=24$、アボガドロ定数は $6.0\times 10^{23}/\text{mol}$ とする。