10和18電子微粒的推導及應用

洪云龍

10和18電子微粒是高中化學“原子結構”中的一個重要知識點.教師在復習時一般詳細列出常見的10和18電子微粒并要求學生強化記憶以便應用.由于死記硬背，缺乏理解，再加上記憶的容量較大，導致有些學生對10和18電子微粒的記憶不是很牢固，時間一長便會忘記.那么，一旦忘記了怎么辦呢？不用急，用相關元素亦能將10和18電子微粒推導出來.一、10電子微粒的推導1.推導的元素10電子微粒推導的元素是元素周期表中Ne附近的元素（包括Ne）.具體是以Ne（10號）為基準，向前是第2周期的非金屬元素（6～9號），向后是第3周期的金屬元素（11～13號），也即是6號～13號元素（具體是C、N、O、F、Ne、Na、Mg、Al，共8種），由這8種元素可以推導出中學階段所有的10電子微粒.2.推導的過程6號～13號元素推導10電子微粒的過程如圖1所示.從圖1可看出，6號～13號元素推導10電子微粒有3種方法：（1）得失電子成離子法多于10電子的金屬原子（Na、Mg 、Al），可通過失去最外層電子形成簡單陽離子Na+、Mg2+、Al3+來變成10電子微粒；少于10電子的非金屬原子（N、O、F），可通過最外層獲得電子形成簡單陰離子N3-、O2-、F-（一般不存在C4-）來變成10電子微粒；Ne已是10電子微粒，不須得失電子.（2）補氫變分子法因為1個氫原子帶有1個電子，所以補1個氫原子就相當于補1個電子.少于10電子的非金屬原子（C、N、O、F），可通過“補氫原子”來實現“補電子”的目的（與10個電子相比較，缺幾個電子就補幾個氫原子）.據此法得到的氫化物分子（CH4、NH3、H2O、HF）亦是10電子微粒.（3）氫化物得失質子法補氫變分子法得到的氫化物分子，得失質子（H+）后所形成的含氫離子（有時也稱為“電離”）亦是10電子微粒.因為質子（H+）不含電子，所以氫化物分子得到或失去質子（H+）后對原來的電子數目沒有影響，仍是10電子微粒.例如氫化物分子NH3、H2O是10電子微粒，分別得到1個質子（H+）和失去1個質子（H+）變為相應的含氫離子NH+4、NH-2、H3O+、OH-，電子數目不受影響，仍然是10電子微粒.可用式子直觀地表示如下：3.小結（1）Ne已是10電子微粒，不須再加推導；（2）多于10電子的金屬原子（Na、Mg、Al），只能通過1種方法（失電子成離子法）變成10電子微粒（簡單陽離子）；（3）少于10電子的非金屬原子（N、O、F），可通過2種方法（得電子成離子法和補氫變分子法）變成10電子微粒（簡單陰離子和氫化物分子）；（4）由補氫變分子法得到的氫化物分子又可通過1種方法（得失質子法）變成10電子微粒（含氫離子）；（5）整理圖1的10電子微粒，得表1.由表1可知，10電子微粒共15種，分為2大類，一是離子類，二是分子類.離子類包括簡單陰、陽離子和含氫陰陽離子；分子類包括Ne分子和氫化物分子.其中，含氫陰陽離子可通過氫化物分子的得失質子（有時亦稱“電離”）來推導.二、18電子微粒的推導1.推導的元素18電子微粒推導的元素是元素周期表中Ar附近的元素（14號～20號元素，具體是Si、P、S、Cl、Ar、K、Ca）以及6～9號元素（具體是C、N、O、F），共11種元素，由這11種元素可以推導出常見的18電子微粒.2.推導的過程14～20號以及6～9號元素推導18電子微粒的過程如圖2所示.從圖2可看出，14～20號以及6～9號元素推導18電子微粒可有4種方法：（1）得失電子成離子法多于18電子的金屬原子（K、Ca），可通過失去最外層電子形成簡單陽離子K+、Ca2+來變成18電子微粒；少于18電子的非金屬原子（P、S、Cl），可通過最外層獲得電子形成簡單陰離子P3-、S2-、Cl-（一般不存在Si4-）來變成18電子微粒；Ar已是18電子微粒，不須得失電子.（2）補氫變分子法少于18電子的非金屬原子（Si、P、S、Cl），可通過“補氫原子”來實現“補電子”的目的（與18個電子相比較，缺幾個電子就補幾個氫原子）.據此法得到的氫化物分子（SiH4、PH3、H2S、HCl））亦是18電子微粒.（3）氫化物得失質子法由于氫化物得失質子（H+）對電子數目不影響，故其所形成的含氫離子仍是18電子微粒.例如氫化物分子H2S失1質子（實際是電離）所形成的含氫離子HS-仍是18電子微粒；氫化物H2O2（可看作二元弱酸）依次失1質子（實際是電離）得到的HO-2、O2-2亦是18電子微粒.（4）9電子微粒兩兩組合法在6～9號元素中，C對應的9電子微粒是-CH3，N對應的9電子微粒是-NH2，O對應的9電子微粒是-OH，F對應的9電子微粒是-F（以上均用基團表示）.9電子微粒兩兩組合可得18電子微粒： CH3-CH3（C2H6）、NH2-NH2（肼，N2H4）、HO-OH（H2O2，電離出的HO2-、O2-2 亦是18電子微粒）、F-F（F2）、CH3-NH2、CH3-OH、CH3-F、 NH2-F，等等.用相關元素推導10和18電子微粒，在推導中深化理解，在深化理解中達牢固記憶.筆者認為，“推導→記憶；忘記→推導”能大大減輕學生的記憶煩惱，應成為學習10和18電子微粒的有效方法.三、10和18電子微粒的應用例1通常情況下，微粒A和B為分子，C和E為陽離子，D為陰離子，它們都含有10個電子；B溶于A后所得的物質可電離出C和D；A、B、E三種微粒反應后可得C和一種白色沉淀.請回答：（1）用化學符號表示下列四種微粒.A：B：C：D：.（2） 寫出A、B、E三種微粒反應的離子方程式.解析根據表1的10電子微粒和“微粒A和B為分子”， 經分析可推知A和B只能為氫化物分子.又根據“B溶于A后所得的物質可電離出C和D”和“C和E為陽離子，D為陰離子”，再考察10電子微粒中的氫化物分子CH4、NH3、H2O、HF，可知只有NH3溶于H2O后所得的NH3·H2O才電離出10電子微粒NH+4、OH-，故可推知A為H2O，B為NH3，C為NH+4，D為OH-.根據“A、B、E三種微粒反應后可得C和一種白色沉淀”，又已經知道了A為H2O，B為NH3，C為NH+4，E為陽離子，可推知E為Al3+，A、B、E三種微粒發生的離子反應是：3NH3+3H2O+Al3+3NH+4+Al （OH）3↓答案：（1）A：H2O； B：NH3；C：NH+4； D：OH-（2）3NH3+3H2O+Al3+3NH+4+Al （OH）3↓例2用A+、B-、C2-、D、E、F、G和H分別表示含有18個電子的八種微粒（離子或分子）.請回答：（1）A元素是；B元素是；C元素是（用元素符號表示）.（2） D是由兩種元素組成的雙原子分子，其分子式是.（3） E是所有含18個電子的微粒中氧化能力最強的分子，其分子式是.（4） F是由兩種元素組成的三原子分子，其分子式是，電子式是.（5） G分子中含有4個原子，其分子式是.（6） H分子中含有8個原子，其分子式是.解析只要參照表2的18電子微粒，并按照題目的具體要求，我們便不難找出正確答案.答案：（1）K ； Cl ； S （2）HCl； （3）F2； （4）H2S；H∶S····∶H；（5）PH3或H2O2；（6）C2H6.例3已知A、B、C、D是中學化學中常見的四種不同粒子，它們之間存在如圖3所示的轉化關系（反應條件已經略去）：（1）如果A、B、C、D均是10電子的粒子，請寫出A的化學式.A，A和B反應生成C、D的離子方程式為.（2）如果A、C均是18e-粒子，B、D均是10e-粒子，則可推知A為，B為，C為，D為（均用化學符號表示）；另寫出C的電子式為.解析（1）如果A、B、C、D均是10電子的粒子，那么根據表1的10電子微粒以及綜合分析粒子之間的轉化關系，可以推出A為NH+4，B為OH-，C為NH3，D為H2O.C與酸（H+）反應生成A的離子方程式是NH3+H+NH+4，A和B反應生成C、D的離子方程式是NH+4+OH-△NH3↑+H2O，B和酸（H+）反應生成D的離子方程式是OH-+H+H2O.（2）如果A、C均是18e-粒子，B、D均是10e-粒子，那么根據表2的18電子微粒、表1的10電子微粒以及粒子之間的轉化關系，可推知A為H2S，B為OH-，C為S2-，D為H2O.C與酸（H+）反應生成A的離子方程式是S2-+2H+H2S↑，A和B反應生成C、D的離子方程式是H2S+2OH-△S2-+2H2O，B和酸（H+）反應生成D的離子方程式是OH-+H+H2O.答案：（1）NH+4；NH+4+OH-△NH3↑+H2O

（2）H2S；OH-；S2-；H2O；[∶S····∶]2-例4A+、B+、C-、D、E五種微粒（分子或離子），它們都分別含有10個電子，已知它們有如下轉化關系：①A++C-△D+E②B++C-2D（1）寫出①的離子方程式；寫出②的離子方程式.（2） 除D、E外，請再寫出兩種含10個電子的分子.（3） 除A+、B+外，請再寫出兩種含10個電子的陽離子.解析根據表1的10電子微粒以及A++C-△D+E和B++C-2D的轉化關系，可推知A+為NH+4，B+為H3O+，C-為OH-，D為H2O，E為NH3.A++C-△D+E對應的離子方程式是NH+4+OH-△NH3↑+H2O，B++C-2D對應的離子方程式是H3O++OH-2H2O.除了D（H2O）、E（NH3）外，含10個電子的分子還有CH4、HF、Ne.除A+（NH+4）、B+（H3O+）外，含10個電子的陽離子還有Na+、Mg2+、Al3+.答案： （1）NH+4+OH-△NH3↑+H2O；H3O++OH-2H2O（2）CH4、HF、Ne（任寫兩種即可）（3）Na+、Mg2+、Al3+（任寫兩種即可）10和18電子微粒的應用，關鍵在于熟記這些微粒并掌握它們的性質.而要熟記10和18電子微粒，則必須學會用相關元素來推導這些微粒，只有這樣，才能記得牢、記得久，即使一時忘記也能推導出來.（收稿日期：2015-07-19）