物質の構成と化学結合(知識)の問題
次の文中の空欄 ・ に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下の表のア〜カから 1 つ選べ。
周期表の典型元素では、同じ族の元素どうしは価電子の数が等しく、化学的性質がよく似ている。また、同じ周期では原子番号が増えるにつれて価電子の数が規則的に変化するので、性質も周期的に変化する。
これに対して遷移元素では、原子番号が 1 増えても、増えた電子は主に最外殻より内側の電子殻に入る。そのため、遷移元素の原子の最外殻電子の数は のものが多く、同じ族の元素だけでなく、同じ周期で隣り合う元素どうしの性質も似ていることが多い。また、遷移元素はすべて である。
| a | b | |
|---|---|---|
| ア | 族の番号の一の位と同じ | 金属元素 |
| イ | 族の番号の一の位と同じ | 非金属元素 |
| ウ | 1 または 2 | 非金属元素 |
| エ | 1 または 2 | 金属元素 |
| オ | 8 | 金属元素 |
| カ | 8 | 非金属元素 |
この問題で使うもの
ヒント
行き詰まったら、上から順に 1 つずつ開いてください。
ヒント 1
遷移元素の電子配置の特徴(増えた電子がどの電子殻に入るか)と、金属元素・非金属元素が周期表のどこにあるかの知識を使います。
ヒント 2
遷移元素では、原子番号が増えても最外殻電子の数がほとんど変わりません。また、非金属元素は水素と周期表の右上の一部の典型元素だけです。
ヒント 3
a の候補のうち、「族の番号の一の位と同じ」は典型元素の価電子の数の特徴で、「8」は貴ガスの特徴です。b について、遷移元素が金属元素と非金属元素のどちらかを考えれば、1 つに絞れます。
答えと解説
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エ
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解説を読む
空欄 a: 遷移元素(周期表の 3 族から 12 族までの中央部分の元素。教科書によっては 3〜11 族とする。第 4 周期以降に現れる)では、原子番号が増えるときに電子が最外殻ではなく、その内側の電子殻に入っていく。このため、最外殻電子の数はほとんど変わらず、1 または 2 のものが多い。最外殻電子の数があまり変わらないので、遷移元素では同じ族だけでなく、同じ周期で隣り合う元素どうしの性質も似ていることが多い。
- 「族の番号の一の位と同じ」になるのは、13〜17 族の典型元素の価電子の数(1・2 族では族の番号と同じ)であり、遷移元素の最外殻電子の数にはあてはまらない(例えば 8 族の鉄 の最外殻電子は 2 個で、8 個ではない)。
- 最外殻電子の数が 8 なのは、ヘリウム以外の貴ガス(希ガス)元素などであり、遷移元素ではない。
空欄 b: 遷移元素はすべて金属元素である。非金属元素は水素と、周期表の右上にある一部の典型元素(13〜18 族の一部。13 族のホウ素、14 族の炭素・ケイ素、15 族の窒素・リン、16 族の酸素・硫黄、17 族のハロゲン、18 族の貴ガスなど)だけであり、遷移元素には含まれない。
以上より、a: 1 または 2、b: 金属元素の組み合わせのエが正解。
- ア: b は正しいが、a が誤り。
- イ: a・b とも誤り。
- ウ: a は正しいが、b が誤り(遷移元素に非金属元素はない)。
- オ: b は正しいが、a が誤り。
- カ: a・b とも誤り。
別解
【a】遷移元素(第 3 族〜第 12 族)では、原子番号が 1 増えても、増えた電子は主に最外殻より 1 つ内側の電子殻(たとえば第 4 周期では M 殻)に入る。そのため最外殻電子の数はほとんど変わらず、多くの遷移元素で 1 または 2 である(例: 第 4 周期の 〜 は、 と が 1、その他は 2)。
- 「族の番号の一の位と同じ」は典型元素の価電子数(最外殻電子数)についての規則であり、遷移元素にはあてはまらない(例: は 8 族だが最外殻電子は 2 個)。
- 「8」は貴ガス(He を除く)の最外殻電子数であり、遷移元素にはあてはまらない。
よって a は「1 または 2」。最外殻電子数がほぼ同じなので、同じ周期で隣り合う元素どうしの性質も似ることが多い、という問題文の記述とも合う。
【b】遷移元素はすべて金属元素である(非金属元素はすべて典型元素に含まれる)。よって b は「金属元素」。
以上より、a=1 または 2、b=金属元素の組み合わせはエである。