Номер 231, страница 41 - гдз по химии 11 класс сборник задач Хвалюк, Резяпкин

231. Укажите, в каком случае верно указано соотношение между энергией электрона, расположенного на соответствующей орбитали:

а) $2s > 2p$;

б) $3s > 2p$;

в) $3p > 3d$;

г) $3p < 2s$;

д) $3d < 4s$;

е) $4p < 3d$.

Решение

Для определения правильного соотношения энергий электронов, расположенных на разных орбиталях, используется правило Клечковского (также известное как правило $n+l$):

1. Энергия орбитали тем ниже, чем меньше сумма главного квантового числа $n$ и орбитального квантового числа $l$.
2. Если для двух орбиталей суммы $n+l$ одинаковы, то ниже по энергии находится та орбиталь, у которой меньше значение главного квантового числа $n$.

Напомним значения орбитального квантового числа $l$ для разных подуровней: для s-орбитали $l=0$, для p-орбитали $l=1$, для d-орбитали $l=2$.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

а) $2s > 2p$;

Для $2s$-орбитали: $n=2, l=0$. Сумма $n+l=2+0=2$.

Для $2p$-орбитали: $n=2, l=1$. Сумма $n+l=2+1=3$.

Так как сумма $n+l$ для $2s$-орбитали (2) меньше, чем для $2p$-орбитали (3), то энергия $2s$-орбитали ниже. Таким образом, верное соотношение: $E(2s) < E(2p)$.

Ответ: Утверждение неверно.

б) $3s > 2p$;

Для $3s$-орбитали: $n=3, l=0$. Сумма $n+l=3+0=3$.

Для $2p$-орбитали: $n=2, l=1$. Сумма $n+l=2+1=3$.

Суммы $n+l$ для обеих орбиталей одинаковы. В этом случае, согласно второму пункту правила, меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением $n$. У $2p$-орбитали $n=2$, а у $3s$-орбитали $n=3$. Следовательно, энергия $2p$-орбитали ниже энергии $3s$-орбитали: $E(2p) < E(3s)$.

Ответ: Утверждение верно.

в) $3p > 3d$;

Для $3p$-орбитали: $n=3, l=1$. Сумма $n+l=3+1=4$.

Для $3d$-орбитали: $n=3, l=2$. Сумма $n+l=3+2=5$.

Так как сумма $n+l$ для $3p$-орбитали (4) меньше, чем для $3d$-орбитали (5), то энергия $3p$-орбитали ниже. Таким образом, верное соотношение: $E(3p) < E(3d)$.

Ответ: Утверждение неверно.

г) $3p < 2s$;

Для $3p$-орбитали: $n=3, l=1$. Сумма $n+l=3+1=4$.

Для $2s$-орбитали: $n=2, l=0$. Сумма $n+l=2+0=2$.

Так как сумма $n+l$ для $3p$-орбитали (4) больше, чем для $2s$-орбитали (2), то энергия $3p$-орбитали выше. Таким образом, верное соотношение: $E(3p) > E(2s)$.

Ответ: Утверждение неверно.

д) $3d < 4s$;

Для $3d$-орбитали: $n=3, l=2$. Сумма $n+l=3+2=5$.

Для $4s$-орбитали: $n=4, l=0$. Сумма $n+l=4+0=4$.

Так как сумма $n+l$ для $3d$-орбитали (5) больше, чем для $4s$-орбитали (4), то энергия $3d$-орбитали выше. Таким образом, верное соотношение: $E(4s) < E(3d)$.

Ответ: Утверждение неверно.

е) $4p < 3d$.

Для $4p$-орбитали: $n=4, l=1$. Сумма $n+l=4+1=5$.

Для $3d$-орбитали: $n=3, l=2$. Сумма $n+l=3+2=5$.

Суммы $n+l$ для обеих орбиталей одинаковы. В этом случае меньшей энергией обладает орбиталь с меньшим значением $n$. У $3d$-орбитали $n=3$, а у $4p$-орбитали $n=4$. Следовательно, энергия $3d$-орбитали ниже энергии $4p$-орбитали: $E(3d) < E(4p)$.

Ответ: Утверждение неверно.

Таким образом, единственное верное соотношение между энергиями электронов указано в пункте б).