等电子体的判断方法归纳

贺永林

摘 要：讨论了人教版高中化学选修3《物质结构与性质》中一个易错考点问题的解决方法，结合实例进行了方法归纳。

关键词：等电子体；判断方法；电荷互换法

《四川省普通高中新课程教学基本要求（化学学科）》中对于“等电子体和等电子原理”有如下描述：（1）了解等电子原理；（2）结合实例说明“等电子体”具有相似的结构和性质。《2013年四川省普通高考考试说明（理科综合·化学）》中对“等电子原理”考点是这样描述的：了解“等电子原理”的含义。

围绕这个考点设计的问题应该是很容易作答的，但学生实际作答时错误率极高，经分析发现关键在于对等电子体确定上缺乏方法，对等电子原理的理解不够深入，现就此类问题的分析方法作如下归纳。

原子总数和价电子总数都相同的分子或离子（即等电子体）具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的，这一原理称为等电子原理。如果仅从概念字面意义上出发去判断与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，或东拼西凑地试着写，也往往只注意从“价电子总数”或“原子总数”相同某一方面而错写。如，写CH4分子的等电子体时许多学生错写成NH3（忽略原子总数不同）、CCl4（忽略价电子总数不同）等，至于再稍复杂一些的，错的更多，实际体现为解决问题的方法上的欠缺。等電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

将C换成与它同族的IVA族元素有SiCl4、GeCl4等；将Cl换与它同族的VIIA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3……同时将C和Cl换成其同族元素可有SiF4、SiFCl3……

2.CO2的等电子体确定

将O换成与之同族的ⅥA族元素S有COS、CS2，注意不能将C原子换成与之同族的Si原子，因为SiO2为原子晶体，晶体中无单个SiO2分子。同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2，MgCl2和BeF2为离子晶体，晶体中无单个MgCl2和BeF2分子。

3.SO2-4的等电子体确定

将一个O原子换成与之同族的S原子得S2O2-3。

4.对于原子晶体类也可作类似推导

含相同原子数的金刚石（Cn）与晶体硅（Sin）互为等电子体。

二、价电子迁移法

即将原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。

1.CO2的等电子体确定

除了上述结果以外，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，而N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变的条件下，价电子数同时变为5，质子数同时变为7，则可换为两个N原子得N2O；如果将一个C原子的两个价电子转移给两个O原子，则一个C原子和两个Cl原子分别转换成为一个Be原子和两个Cl原子，就可以得到CO2的另一种等电子体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、CaAs、AlP等；石墨（C2n）的等电子体可为白石墨（BN）n；无机苯B3N3H6的等电子体可为有机苯C6H6。

2.离子之间的等电子体的确定

与N-3的等电子体查找方法相同，可将两个N原子换为一个C原子和一个O原子可得CNO-。

三、电子——电荷互换法

即将既定粒子中的某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等电子体的互判。如，CN-的等电子体查找可用N原子一个电子换作一个负电荷，则N原子换为C原子，离子带两个负电荷，其等电子体即为C2-2；反之，将CN-的电荷转化为一个电子，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HCO-3，ICl-4的等电子体为XeCl4。

在具体问题分析时，通常几种方法同时应用，才能快速准确地做出判断和回答问题。现以几例说明（文中所用题目为高考或各地质量检测题，原题中与本文无关的内容均略去）。

例题1.（2013江苏21）（12分）【选做题】A.[物质结构与性质]

元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。

（4）Y与Z可形成YZ 2-4

②写出一种与YZ2-4互为等电子体的分子的化学式 。

分析：由题意知，Y为S，Z为O，YZ 2-4为SO 2-4。至于SO 2-4的等电子体的确定可采用上述电子——电荷互换法，即将2个负电荷去掉少了2个价电子，将4个O原子换成4个Cl原子多了4个价电子，再将那1个S原子换成1个C原子少2个价电子，这样成为CCl4就保持了原子总数和价电子总数不变，CCl4就是SO 2-4的等电子体；再用上述的同族元素互换法将C换成Si得SiCl4，将Cl换成F成CF4或换成Br成CBr4，因此，SiCl4、CF4、CBr4也是SO 2-4的等电子体。

答案：CCl4、SiCl4、CF4、CBr4等任填一种。

例题2.（2009年江苏化学·21A）（12分）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。

（2）根据等电子原理，写出CO分子结构式 。

分析：根据等电子原理，等电子体具有相同的结构特征，要写CO分子的结构式，首先要找到CO的等电子体中已知结构式的物质，按照上述价电子迁移法，将C原子换成N原子多1个价电子，O原子换成N原子少1个价电子，能保持原子总数和价电子总数不变，CO的等电子体可为N2，而N2分子的结构式是我们熟悉的，仿照N2的结构式写出CO的结构式为C■O（或C■O）

答案：C■O（或C■O）

例题3.（2008年江苏化学·21A）（12分）已知A、B、C、D、E都是周期表中前四周期的元素，它们的核电荷数A

（3）写出化合物AC2的电子式 ；一种由B、C组成的化合物与AC2互为等电子体，其化学式为 。

分析：据推断A为C，B为N，C为O，AC2是CO2，其等电子体的推断见上述“二、价电子迁移法1.CO2的等电子体确定”。

答案：■ N2O

（作者单位 四川省广安中学）

编辑 王团兰