等電子體的判斷方法歸納

賀永林

摘 要：討論了人教版高中化學選修3《物質結構與性質》中一個易錯考點問題的解決方法，結合實例進行了方法歸納。

關鍵詞：等電子體；判斷方法；電荷互換法

《四川省普通高中新課程教學基本要求（化學學科）》中對于“等電子體和等電子原理”有如下描述：（1）了解等電子原理；（2）結合實例說明“等電子體”具有相似的結構和性質。《2013年四川省普通高考考試說明（理科綜合·化學）》中對“等電子原理”考點是這樣描述的：了解“等電子原理”的含義。

圍繞這個考點設計的問題應該是很容易作答的，但學生實際作答時錯誤率極高，經分析發(fā)現(xiàn)關鍵在于對等電子體確定上缺乏方法，對等電子原理的理解不夠深入，現(xiàn)就此類問題的分析方法作如下歸納。

原子總數(shù)和價電子總數(shù)都相同的分子或離子（即等電子體）具有相似的化學鍵特征，它們的許多性質是相近的，這一原理稱為等電子原理。如果僅從概念字面意義上出發(fā)去判斷與A粒子互為等電子體的B粒子的化學式，往往感覺無從下手，或東拼西湊地試著寫，也往往只注意從“價電子總數(shù)”或“原子總數(shù)”相同某一方面而錯寫。如，寫CH4分子的等電子體時許多學生錯寫成NH3（忽略原子總數(shù)不同）、CCl4（忽略價電子總數(shù)不同）等，至于再稍復雜一些的，錯的更多，實際體現(xiàn)為解決問題的方法上的欠缺。等電子體的判斷一般可采取以下幾種方法：

一、同族元素互換法

即將既定粒子中的某元素換成它的同族元素。如：

1.CCl4的等電子體確定

將C換成與它同族的IVA族元素有SiCl4、GeCl4等；將Cl換與它同族的VIIA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3……同時將C和Cl換成其同族元素可有SiF4、SiFCl3……

2.CO2的等電子體確定

將O換成與之同族的ⅥA族元素S有COS、CS2，注意不能將C原子換成與之同族的Si原子，因為SiO2為原子晶體，晶體中無單個SiO2分子。同理，不能將BeCl2的等電子體確定為MgCl2或BeF2，MgCl2和BeF2為離子晶體，晶體中無單個MgCl2和BeF2分子。

3.SO2-4的等電子體確定

將一個O原子換成與之同族的S原子得S2O2-3。

4.對于原子晶體類也可作類似推導

含相同原子數(shù)的金剛石（Cn）與晶體硅（Sin）互為等電子體。

二、價電子遷移法

即將原粒子中的某元素原子的價電子逐一轉移給組成中的另一種元素的原子，相應原子的質子數(shù)也隨之減少或增加，變換為具有相應質子數(shù)的元素。

1.CO2的等電子體確定

除了上述結果以外，還可以采用價電子遷移法：C、O原子的價電子數(shù)分別為4、6，而N原子價電子數(shù)為5，一個O原子拿一個電子給C原子，在電性不變的條件下，價電子數(shù)同時變?yōu)?，質子數(shù)同時變?yōu)?，則可換為兩個N原子得N2O；如果將一個C原子的兩個價電子轉移給兩個O原子，則一個C原子和兩個Cl原子分別轉換成為一個Be原子和兩個Cl原子，就可以得到CO2的另一種等電子體BeCl2。

同樣可以判斷：金剛石（C2n）與晶體硅（Si2n）的等電子體還可以為金剛砂（SiC）n、CaAs、AlP等；石墨（C2n）的等電子體可為白石墨（BN）n；無機苯B3N3H6的等電子體可為有機苯C6H6。

2.離子之間的等電子體的確定

與N-3的等電子體查找方法相同，可將兩個N原子換為一個C原子和一個O原子可得CNO-。

三、電子——電荷互換法

即將既定粒子中的某原子的價電子轉化為粒子所帶的電荷。這種方法可實現(xiàn)分子與離子等電子體的互判。如，CN-的等電子體查找可用N原子一個電子換作一個負電荷，則N原子換為C原子，離子帶兩個負電荷，其等電子體即為C2-2；反之，將CN-的電荷轉化為一個電子，該電子給C原子，即得N2，若給N原子即得CO。同樣可判斷HNO3的等電子體為HCO-3，ICl-4的等電子體為XeCl4。

在具體問題分析時，通常幾種方法同時應用，才能快速準確地做出判斷和回答問題。現(xiàn)以幾例說明（文中所用題目為高考或各地質量檢測題，原題中與本文無關的內容均略去）。

例題1.（2013江蘇21）（12分）【選做題】A.[物質結構與性質]

元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內層軌道全部排滿電子，且最外層電子數(shù)為2。元素Y基態(tài)原子的3p軌道上有4個電子。元素Z的原子最外層電子數(shù)是其內層的3倍。

（4）Y與Z可形成YZ 2-4

②寫出一種與YZ2-4互為等電子體的分子的化學式 。

分析：由題意知，Y為S，Z為O，YZ 2-4為SO 2-4。至于SO 2-4的等電子體的確定可采用上述電子——電荷互換法，即將2個負電荷去掉少了2個價電子，將4個O原子換成4個Cl原子多了4個價電子，再將那1個S原子換成1個C原子少2個價電子，這樣成為CCl4就保持了原子總數(shù)和價電子總數(shù)不變，CCl4就是SO 2-4的等電子體；再用上述的同族元素互換法將C換成Si得SiCl4，將Cl換成F成CF4或換成Br成CBr4，因此，SiCl4、CF4、CBr4也是SO 2-4的等電子體。

答案：CCl4、SiCl4、CF4、CBr4等任填一種。

例題2.（2009年江蘇化學·21A）（12分）生物質能是一種潔凈、可再生的能源。生物質氣（主要成分為CO、CO2、H2等）與H2混合，催化合成甲醇是生物質能利用的方法之一。

（2）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子結構式 。

分析：根據(jù)等電子原理，等電子體具有相同的結構特征，要寫CO分子的結構式，首先要找到CO的等電子體中已知結構式的物質，按照上述價電子遷移法，將C原子換成N原子多1個價電子，O原子換成N原子少1個價電子，能保持原子總數(shù)和價電子總數(shù)不變，CO的等電子體可為N2，而N2分子的結構式是我們熟悉的，仿照N2的結構式寫出CO的結構式為C■O（或C■O）

答案：C■O（或C■O）

例題3.（2008年江蘇化學·21A）（12分）已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它們的核電荷數(shù)A

（3）寫出化合物AC2的電子式 ；一種由B、C組成的化合物與AC2互為等電子體，其化學式為 。

分析：據(jù)推斷A為C，B為N，C為O，AC2是CO2，其等電子體的推斷見上述“二、價電子遷移法1.CO2的等電子體確定”。

答案：■ N2O

（作者單位 四川省廣安中學）

編輯 王團蘭