■華中師范大學(xué)瓊中附屬中學(xué) 楊 超

縱觀近幾年的高考試題,對物質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jié)合已有知識設(shè)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(qiáng)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(jié)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(jié)構(gòu)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(xué)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(fù)雜一些的,錯的更多,實(shí)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?fù)Q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?yàn)镃O2和SiO2的結(jié)構(gòu)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(dǎo):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(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。

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(guān)元素的族序數(shù)滿足A+B=C+D(或A+B=2C)關(guān)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(jié)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(zhì)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(zhuǎn)移給兩個O原子,元素原子分別轉(zhuǎn)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(jī)苯B3N3H6與有機(jī)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(zhuǎn)化為粒子所帶的電荷。這種方法可實(shí)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(fù)電荷,則N原子換為C原子,離子帶2個負(fù)電荷,其等電子體即為;反之,將CN-的電荷轉(zhuǎn)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(zhǔn)確地回答問題。

例1與CNO-互為等電子體的分子、離子化學(xué)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(zhuǎn)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(jìn)行價電子轉(zhuǎn)移換為C、O從而得CO2,再由CO2進(jìn)行價電子轉(zhuǎn)移或同族元素互換可得COS、CS2、BeCl2等。若進(jìn)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(jié)構(gòu)式:____;寫出離子的電子式:____。

答案:C≡O(shè)

練習(xí):

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

答案:1.CH4或SiH42.CH3CH33.SiF4或POF3