物質結構中等電子體的確定

■華中師范大學瓊中附屬中學 楊 超

縱觀近幾年的高考試題,對物質結構知識命題時,往往采用拼湊法。給出一個命題情境,根據(jù)情境中涉及的元素結合已有知識設計填空題。由于涉及的問題較多,有時某些問題需要考生有較強的遷移能力,考生想拿全分很難。等電子體的確定,就是一個不好拿分的問題,有必要總結方法,助力高考。

具有相同價電子數(shù)和相同原子數(shù)的分子或離子具有相同的結構特征,這一原理稱為等電子原理。如果僅從概念字面出發(fā),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,或東拼西湊地試寫,試寫也往往只注意“價電子數(shù)”或“原子數(shù)”某一方面相同而錯答。如寫CH4分子的等電子體時許多考生寫成NH3(原子數(shù)不同)、CCl4(價電子數(shù)不同)等,至于再復雜一些的,錯的更多,實際體現(xiàn)為問題解決方法的欠缺。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:換ⅣA族元素有SiCl4、GeCl4等;換ⅦA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3等;同時換可有SiF4、SiFCl3等。

(2)CO2的等電子體確定:可將O原子換為S原子得COS、CS2,注意不能將C原子換為Si原子,因為CO2和SiO2的結構不同(前者為分子晶體,后者為共價晶體)。同理,不能將BeCl2的等電子體確定為MgCl2或BeF2(后兩種為離子晶體)。

(4)對于共價晶體也可作類似推導:金剛石Cn與晶體硅Sin互為等電子體。

二、價電子遷移法

即將既定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。

一般來說,討論的元素為s區(qū)或p區(qū)元素,即主族元素居多,通常相關元素的族序數(shù)滿足A+B=C+D(或A+B=2C)關系的,可考慮將A、B等個數(shù)換為C、D(或1A、1B換為2C)。如:

(1)CO2的等電子體確定,除上述結果以外,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,從周期表中的位置看,中間夾著N元素,N原子價電子數(shù)為5,一個O原子拿一個電子給C原子,在電性不變條件下質子數(shù)同時變?yōu)?(價電子數(shù)同時變?yōu)?),則可換為兩個N原子(由此也可以看出N2與CO互為等電子體)得N2O;如果將C原子的兩個價電子轉移給兩個O原子,元素原子分別轉換為1個Be、2個Cl,就可以得到CO2的另一個等電子體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、GaAs、AlP等;石墨C2n與白石墨(BN)n互為等電子體;無機苯B3N3H6與有機苯C6H6互為等電子體。

三、電子—電荷互換法

即將既定粒子中的某元素原子的價電子轉化為粒子所帶的電荷。這種方法可實現(xiàn)分子與離子的互判。如:

CN-的等電子體查找可用N原子1個電子換作1個負電荷,則N原子換為C原子,離子帶2個負電荷,其等電子體即為;反之,將CN-的電荷轉化為1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的等電子體為與XeCl4互為等電子體。

在分析具體問題時,通常幾種方法同時聯(lián)想,靈活使用,方可快速準確地回答問題。

例1與CNO-互為等電子體的分子、離子化學式依次為_____、___(各寫一種)。

分析:就與CNO-互為等電子體的分子而言,首先需將這1個電荷轉化為1個價電子,這個價電子給C變?yōu)镹得N2O,給N變?yōu)镺則得CO2,也可直接看作將N2O中2個N原子進行價電子轉移換為C、O從而得CO2,再由CO2進行價電子轉移或同族元素互換可得COS、CS2、BeCl2等。若進行離子查找,除前面判斷出的外,利用同族元素互換可得CNS-;利用電子—電荷互換可得和。

答案:N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2或CNS-或或

例2根據(jù)等電子原理,寫出CO分子的結構式:____;寫出離子的電子式:____。

答案:C≡O

練習:

2.與NH3BH3原子總數(shù)相等的等電子體是_____(填化學式)。

答案:1.CH4或SiH42.CH3CH33.SiF4或POF3