物质结构中等电子体的确定

■华中师范大学琼中附属中学 杨 超

纵观近几年的高考试题,对物质结构知识命题时,往往采用拼凑法。给出一个命题情境,根据情境中涉及的元素结合已有知识设计填空题。由于涉及的问题较多,有时某些问题需要考生有较强的迁移能力,考生想拿全分很难。等电子体的确定,就是一个不好拿分的问题,有必要总结方法,助力高考。

具有相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相同的结构特征,这一原理称为等电子原理。如果仅从概念字面出发,判断与A粒子互为等电子体的B粒子的化学式,往往感觉无从下手,或东拼西凑地试写,试写也往往只注意“价电子数”或“原子数”某一方面相同而错答。如写CH4分子的等电子体时许多考生写成NH3(原子数不同)、CCl4(价电子数不同)等,至于再复杂一些的,错的更多,实际体现为问题解决方法的欠缺。等电子体的判断一般可采取以下几种方法。

一、同族元素互换法

即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如:

(1)CCl4的等电子体确定:换ⅣA族元素有SiCl4、GeCl4等;换ⅦA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3等;同时换可有SiF4、SiFCl3等。

(2)CO2的等电子体确定:可将O原子换为S原子得COS、CS2,注意不能将C原子换为Si原子,因为CO2和SiO2的结构不同(前者为分子晶体,后者为共价晶体)。同理,不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2(后两种为离子晶体)。

(4)对于共价晶体也可作类似推导:金刚石Cn与晶体硅Sin互为等电子体。

二、价电子迁移法

即将既定粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子,相应原子的质子数也随之减少或增加,变换为具有相应质子数的元素。

一般来说,讨论的元素为s区或p区元素,即主族元素居多,通常相关元素的族序数满足A+B=C+D(或A+B=2C)关系的,可考虑将A、B等个数换为C、D(或1A、1B换为2C)。如:

(1)CO2的等电子体确定,除上述结果以外,还可以采用价电子迁移法:C、O原子的价电子数分别为4、6,从周期表中的位置看,中间夹着N元素,N原子价电子数为5,一个O原子拿一个电子给C原子,在电性不变条件下质子数同时变为7(价电子数同时变为5),则可换为两个N原子(由此也可以看出N2与CO互为等电子体)得N2O;如果将C原子的两个价电子转移给两个O原子,元素原子分别转换为1个Be、2个Cl,就可以得到CO2的另一个等电子体BeCl2。

同样可以判断:金刚石C2n与晶体硅Si2n的等电子体还可以为金刚砂(SiC)n、GaAs、AlP等;石墨C2n与白石墨(BN)n互为等电子体;无机苯B3N3H6与有机苯C6H6互为等电子体。

三、电子—电荷互换法

即将既定粒子中的某元素原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子的互判。如:

CN-的等电子体查找可用N原子1个电子换作1个负电荷,则N原子换为C原子,离子带2个负电荷,其等电子体即为;反之,将CN-的电荷转化为1个电子,该电子给C原子,即得N2,若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为与XeCl4互为等电子体。

在分析具体问题时,通常几种方法同时联想,灵活使用,方可快速准确地回答问题。

例1与CNO-互为等电子体的分子、离子化学式依次为_____、___(各写一种)。

分析:就与CNO-互为等电子体的分子而言,首先需将这1个电荷转化为1个价电子,这个价电子给C变为N得N2O,给N变为O则得CO2,也可直接看作将N2O中2个N原子进行价电子转移换为C、O从而得CO2,再由CO2进行价电子转移或同族元素互换可得COS、CS2、BeCl2等。若进行离子查找,除前面判断出的外,利用同族元素互换可得CNS-;利用电子—电荷互换可得和。

答案:N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2或CNS-或或

例2根据等电子原理,写出CO分子的结构式:____;写出离子的电子式:____。

答案:C≡O

练习:

2.与NH3BH3原子总数相等的等电子体是_____(填化学式)。

答案:1.CH4或SiH42.CH3CH33.SiF4或POF3