Задание 6 ОГЭ по химии: строение электронных оболочек и свойства элементов

Что проверяет задание

Задание 6 проверяет умение работать с положением химического элемента в периодической системе Д. И. Менделеева и связывать это положение со строением атома и свойствами простых веществ. Проверяются три взаимосвязанные вещи:

• умение определять число протонов, электронов и электронных слоёв атома по номеру периода и номеру группы;
• умение определять металлические и неметаллические свойства элемента, тип простого вещества (металл, неметалл, молекулярное строение и т. д.);
• умение сравнивать два элемента и находить общие для них признаки — то есть применять закономерности изменения свойств в периодах и группах.

Задание не требует сложных расчётов — оно проверяет системное понимание таблицы Менделеева и умение читать её как источник информации об атоме.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Какие два утверждения верны для характеристики как элемента А, так и элемента Б?» Далее даны пять утверждений, из которых нужно выбрать ровно два верных и записать их номера в поле ответа (порядок цифр не важен, например 23 или 32 — засчитывается одинаково).

Задание оценивается в 1 балл, который засчитывается только при полном совпадении обоих номеров ответа. Частичный ответ (только одна верная цифра) не оценивается. Задание входит в часть с кратким ответом, время на его выполнение — 2–3 минуты.

Что нужно знать

• Число протонов в ядре атома равно порядковому (атомному) номеру элемента: $Z = N_p = N_e$ для нейтрального атома.
• Число электронных слоёв (энергетических уровней) равно номеру периода, в котором стоит элемент.
• Число электронов на внешнем (валентном) слое для элементов главных подгрупп равно номеру группы (для s- и p-элементов).
• В периоде слева направо металлические свойства убывают, неметаллические — усиливаются; электроотрицательность растёт.
• В группе (главной подгруппе) сверху вниз металлические свойства усиливаются, неметаллические — ослабевают; электроотрицательность убывает.
• Металлы расположены в левой и нижней части таблицы, неметаллы — в правой верхней части (условная диагональ от бора до полония отделяет металлы от неметаллов).
• Простые вещества-неметаллы могут существовать в виде двухатомных молекул ($O_2$, $N_2$, $H_2$, $Cl_2$, $F_2$, $Br_2$, $I_2$), одноатомных (инертные газы) или иметь атомную/молекулярную кристаллическую структуру (S, P, C, Si).
• Простые вещества-металлы имеют металлическую кристаллическую решётку и не существуют в виде отдельных двухатомных молекул.
• Формула высшего оксида элемента определяется номером группы: для элемента группы $n$ высший оксид имеет вид $Э_2O_n$ при нечётном $n$ или $ЭO_{n/2}$ при чётном $n$ (например, для IA группы — $Э_2O$, для IVA — $ЭO_2$, для VIIA — $Э_2O_7$).
• Агрегатное состояние простых веществ при н. у. нужно помнить для типичных элементов: хлор — газ, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество.

Методы решения

Метод 1. Определение строения атома по положению в таблице. Номер периода — число слоёв, номер группы (для главных подгрупп) — число валентных электронов, порядковый номер — число протонов. Пример: сера расположена в 3-м периоде, VIA группе. Значит, у неё 3 электронных слоя, 6 валентных электронов, 16 протонов.

Метод 2. Сравнение элементов по горизонтали (в периоде). Если два элемента находятся в одном периоде, у них одинаковое число электронных слоёв, но разное число валентных электронов и разные свойства (металл/неметалл могут отличаться). Пример: натрий и алюминий — оба в 3-м периоде, поэтому у обоих валентные электроны находятся на третьем слое, хотя натрий — металл с одним валентным электроном, а алюминий — металл с тремя.

Метод 3. Сравнение элементов по вертикали (в группе). Если элементы находятся в одной главной подгруппе, у них одинаковое число валентных электронов и, как следствие, сходный тип высшего оксида и высшей степени окисления, а также похожий характер простого вещества. Пример: хлор и бром — оба в VIIA группе, у обоих 7 валентных электронов, оба образуют двухатомные молекулы $Cl_2$ и $Br_2$.

Метод 4. Определение агрегатного состояния и молекулярного строения простого вещества. Нужно помнить исключения из общего правила «неметаллы образуют двухатомные молекулы»: сера ($S_8$), фосфор ($P_4$), углерод и кремний (атомная кристаллическая решётка, не молекулы). Пример: кремний — неметалл, но его простое вещество не состоит из двухатомных молекул, в отличие от хлора.

Метод 5. Определение высшего оксида по номеру группы. Формула высшего оксида: степень окисления элемента в высшем оксиде равна номеру группы (для главных подгрупп). Отсюда легко вывести формулу. Пример: для элемента IIIA группы (алюминий) высший оксид — $Al_2O_3$; для элемента IA группы (натрий) — $Na_2O$.

Алгоритм решения по шагам

1. Найдите оба элемента в периодической системе, определите их период и группу.
2. Определите число протонов (= порядковый номер), число электронных слоёв (= номер периода) и число валентных электронов (= номер группы для главных подгрупп) для каждого элемента.
3. Определите, металл или неметалл каждый элемент, и в каком агрегатном состоянии находится соответствующее простое вещество при н. у.
4. Определите тип строения простого вещества: молекулярное (двухатомные или иные молекулы) или атомное/металлическое.
5. Составьте формулу высшего оксида каждого элемента по номеру группы.
6. По очереди проверьте каждое из пяти утверждений: подходит ли оно одновременно обоим элементам. Отбрасывайте утверждения, верные только для одного элемента или неверные для обоих.
7. Выберите два утверждения, которые верны для обоих элементов сразу, и запишите их номера в любом порядке.

Разбор примеров

Пример 1. Условие: какие два утверждения верны для характеристики как натрия, так и алюминия?

1. Наличие 12 протонов в ядрах их атомов.
2. Нахождение валентных электронов в третьем электронном слое.
3. Образование простых веществ-металлов.
4. Существование в природе в виде двухатомных молекул.
5. Образование ими высших оксидов с общей формулой $Э_2O$.

Шаг 1. Натрий — порядковый номер 11, 3-й период, IA группа. Алюминий — порядковый номер 13, 3-й период, IIIA группа.

Шаг 2. Число протонов: у натрия 11, у алюминия 13. Утверждение 1 (12 протонов) неверно для обоих — отбрасываем.

Шаг 3. Оба элемента находятся в 3-м периоде, значит, у обоих 3 электронных слоя, и валентные электроны расположены именно на третьем слое. Утверждение 2 верно для обоих.

Шаг 4. Натрий — типичный металл, алюминий — тоже металл (несмотря на положение ближе к границе с неметаллами). Оба образуют простые вещества-металлы с металлической кристаллической решёткой. Утверждение 3 верно для обоих.

Шаг 5. Металлы не образуют двухатомных молекул — это характерно для некоторых неметаллов. Утверждение 4 неверно для обоих.

Шаг 6. Формула высшего оксида зависит от номера группы: для натрия (IA группа) высший оксид $Na_2O$, что совпадает с формулой $Э_2O$ — верно. Для алюминия (IIIA группа) высший оксид $Al_2O_3$, а не $Э_2O$ — не совпадает. Утверждение 5 верно только для натрия, не для алюминия — отбрасываем.

Итог: верны утверждения 2 и 3. Ответ: 23.

Пример 2. Условие: какие два утверждения верны для характеристики как магния, так и кремния?

1. Наличие трёх электронных слоёв в их атомах.
2. Существование соответствующих им простых веществ в виде двухатомных молекул.
3. То, что они относятся к металлам.
4. То, что значение их электроотрицательности меньше, чем у фосфора.
5. Образование ими высших оксидов с общей формулой $ЭO_2$.

Шаг 1. Магний — порядковый номер 12, 3-й период, IIA группа. Кремний — порядковый номер 14, 3-й период, IVA группа.

Шаг 2. Оба элемента находятся в 3-м периоде, значит, у обоих атомов 3 электронных слоя. Утверждение 1 верно для обоих.

Шаг 3. Магний — металл, а кремний — неметалл (переходный элемент, ближе к неметаллам, образует атомную кристаллическую решётку). Магний не образует двухатомных молекул, кремний тоже не образует двухатомных молекул (у него атомная решётка типа алмаза). Утверждение 2 неверно для обоих.

Шаг 4. Магний — металл, кремний — неметалл, значит утверждение 3 («относятся к металлам») верно только для магния, но не для кремния — отбрасываем.

Шаг 5. В периоде электроотрицательность растёт слева направо: магний, кремний и фосфор находятся в одном периоде, фосфор расположен правее кремния и магния. Значит, электроотрицательность магния и кремния меньше, чем у фосфора. Утверждение 4 верно для обоих.

Шаг 6. Высший оксид магния (IIA группа) — $MgO$, а не $ЭO_2$; высший оксид кремния (IVA группа) — $SiO_2$, что соответствует формуле $ЭO_2$. Утверждение 5 верно только для кремния — отбрасываем.

Итог: верны утверждения 1 и 4. Ответ: 14.

Пример 3. Условие: какие два утверждения верны для характеристики как хлора, так и брома?

1. В ядре атома химического элемента содержится 17 протонов.
2. Электроны в атоме расположены на трёх электронных слоях.
3. Химический элемент является неметаллом.
4. Соответствующее простое вещество существует в виде двухатомных молекул.
5. Соответствующее простое вещество при н. у. является жидкостью.

Шаг 1. Хлор — порядковый номер 17, 3-й период, VIIA группа. Бром — порядковый номер 35, 4-й период, VIIA группа.

Шаг 2. Число протонов у хлора 17, у брома 35. Утверждение 1 верно только для хлора — отбрасываем.

Шаг 3. Хлор находится в 3-м периоде (3 слоя), бром — в 4-м периоде (4 слоя). Утверждение 2 верно только для хлора — отбрасываем.

Шаг 4. Оба элемента находятся в VIIA группе, оба являются типичными неметаллами (галогенами). Утверждение 3 верно для обоих.

Шаг 5. Все галогены образуют простые вещества в виде двухатомных молекул: $Cl_2$ и $Br_2$. Утверждение 4 верно для обоих.

Шаг 6. При н. у. хлор — газ, а бром — жидкость. Утверждение 5 верно только для брома — отбрасываем.

Итог: верны утверждения 3 и 4. Ответ: 34.

Типичные ошибки и ловушки

• Путают номер периода с номером группы: ошибочно считают, что число электронных слоёв равно номеру группы, а число валентных электронов — номеру периода. Правильно наоборот.
• Забывают, что число протонов у разных элементов всегда разное (равно порядковому номеру), и по ошибке принимают одинаковое число протонов за общий признак для двух разных элементов.
• Считают, что все неметаллы образуют двухатомные молекулы, забывая про исключения — серу ($S_8$), фосфор ($P_4$), углерод и кремний с атомной кристаллической решёткой.
• Ошибаются в формуле высшего оксида, не учитывая, что она зависит именно от номера группы, а не от периода.
• Путают агрегатные состояния галогенов при н. у.: хлор — газ, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество; это нужно помнить наизусть.
• Выбирают утверждение, которое верно только для одного из двух элементов, не проверяя его для второго — при сравнении важно, чтобы утверждение выполнялось одновременно для обоих элементов.
• Забывают, что для элементов побочных подгрупп (переходных металлов) правило «число валентных электронов равно номеру группы» работает иначе или не применяется вовсе; в заданиях 6 чаще встречаются элементы главных подгрупп, но стоит быть внимательным.
• Невнимательно читают формулировку утверждения: например, путают «электроотрицательность меньше» и «электроотрицательность больше», что меняет результат сравнения на противоположный.

Как готовиться

1. Выучите периодическую таблицу так, чтобы для любого элемента главной подгруппы за несколько секунд определять номер периода, номер группы, число протонов, число электронных слоёв и число валентных электронов.
2. Составьте для себя таблицу-шпаргалку по агрегатным состояниям простых веществ (особенно для неметаллов) и по типу их молекулярного строения (двухатомные молекулы, атомная решётка, многоатомные молекулы).
3. Запомните формулы высших оксидов для каждой группы главных подгрупп — от $Э_2O$ (IA) до $Э_2O_7$ (VIIA), это часто встречается в утверждениях.
4. Практикуйтесь сравнивать пары элементов — сначала стоящие в одном периоде, потом в одной группе, чтобы закрепить разницу в закономерностях.
5. Решайте задания из открытого банка ФИПИ и вариантов прошлых лет: они показывают, какие пары элементов и утверждения чаще всего встречаются (щелочные металлы, галогены, элементы одного периода).
6. При разборе каждого утверждения в задании проверяйте его отдельно для каждого элемента — не делайте выводов «на глаз», особенно если элементы кажутся похожими.
7. Повторяйте правило изменения металлических и неметаллических свойств в периодах и группах — это база для отбраковки неверных утверждений о типе элемента (металл/неметалл).
8. Тренируйтесь на время: задание рассчитано на 2–3 минуты, поэтому доводите алгоритм до автоматизма, чтобы не тратить время на пересчёт структуры таблицы каждый раз с нуля.