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(xué)選修3《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》中一個(gè)易錯(cuò)考點(diǎn)問題的解決方法，結(jié)合實(shí)例進(jìn)行了方法歸納。

關(guān)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(xué)基本要求（化學(xué)學(xué)科）》中對(duì)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(jié)合實(shí)例說明“等電子體”具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。《2013年四川省普通高考考試說明（理科綜合·化學(xué)）》中對(duì)“等電子原理”考點(diǎn)是這樣描述的：了解“等電子原理”的含義。

圍繞這個(gè)考點(diǎn)設(shè)計(jì)的問題應(yīng)該是很容易作答的，但學(xué)生實(shí)際作答時(shí)錯(cuò)誤率極高，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵在于對(duì)等電子體確定上缺乏方法，對(duì)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(jià)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(xué)鍵特征，它們的許多性質(zhì)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(xué)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(jià)電子總數(shù)”或“原子總數(shù)”相同某一方面而錯(cuò)寫。如，寫CH4分子的等電子體時(shí)許多學(xué)生錯(cuò)寫成NH3（忽略原子總數(shù)不同）、CCl4（忽略價(jià)電子總數(shù)不同）等，至于再稍復(fù)雜一些的，錯(cuò)的更多，實(shí)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?fù)Q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(shí)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?yàn)镾iO2為原子晶體，晶體中無單個(gè)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(gè)MgCl2和BeF2分子。

3.SO2-4的等電子體確定

將一個(gè)O原子換成與之同族的S原子得S2O2-3。

4.對(duì)于原子晶體類也可作類似推導(dǎo)

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(jià)電子遷移法

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

1.CO2的等電子體確定

除了上述結(jié)果以外，還可以采用價(jià)電子遷移法：C、O原子的價(jià)電子數(shù)分別為4、6，而N原子價(jià)電子數(shù)為5，一個(gè)O原子拿一個(gè)電子給C原子，在電性不變的條件下，價(jià)電子數(shù)同時(shí)變?yōu)?，質(zhì)子數(shù)同時(shí)變?yōu)?，則可換為兩個(gè)N原子得N2O；如果將一個(gè)C原子的兩個(gè)價(jià)電子轉(zhuǎn)移給兩個(gè)O原子，則一個(gè)C原子和兩個(gè)Cl原子分別轉(zhuǎn)換成為一個(gè)Be原子和兩個(gè)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(jī)苯B3N3H6的等電子體可為有機(jī)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(gè)N原子換為一個(gè)C原子和一個(gè)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(jià)電子轉(zhuǎn)化為粒子所帶的電荷。這種方法可實(shí)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(gè)電子換作一個(gè)負(fù)電荷，則N原子換為C原子，離子帶兩個(gè)負(fù)電荷，其等電子體即為C2-2；反之，將CN-的電荷轉(zhuǎn)化為一個(gè)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(shí)，通常幾種方法同時(shí)應(yīng)用，才能快速準(zhǔn)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(zhì)量檢測(cè)題，原題中與本文無關(guān)的內(nèi)容均略去）。

例題1.（2013江蘇21）（12分）【選做題】A.[物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)]

元素X位于第四周期，其基態(tài)原子的內(nèi)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(gè)電子。元素Z的原子最外層電子數(shù)是其內(nèi)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(xué)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(gè)負(fù)電荷去掉少了2個(gè)價(jià)電子，將4個(gè)O原子換成4個(gè)Cl原子多了4個(gè)價(jià)電子，再將那1個(gè)S原子換成1個(gè)C原子少2個(gè)價(jià)電子，這樣成為CCl4就保持了原子總數(shù)和價(jià)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(xué)·21A）（12分）生物質(zhì)能是一種潔凈、可再生的能源。生物質(zhì)氣（主要成分為CO、CO2、H2等）與H2混合，催化合成甲醇是生物質(zhì)能利用的方法之一。

（2）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子結(jié)構(gòu)式 。

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

答案：C■O（或C■O）

例題3.（2008年江蘇化學(xué)·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(xué)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(jià)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(xué)）

編輯 王團(tuán)蘭