10和18电子微粒的推导及应用

洪云龙

10和18电子微粒是高中化学“原子结构”中的一个重要知识点.教师在复习时一般详细列出常见的10和18电子微粒并要求学生强化记忆以便应用.由于死记硬背，缺乏理解，再加上记忆的容量较大，导致有些学生对10和18电子微粒的记忆不是很牢固，时间一长便会忘记.那么，一旦忘记了怎么办呢？不用急，用相关元素亦能将10和18电子微粒推导出来.一、10电子微粒的推导1.推导的元素10电子微粒推导的元素是元素周期表中Ne附近的元素（包括Ne）.具体是以Ne（10号）为基准，向前是第2周期的非金属元素（6～9号），向后是第3周期的金属元素（11～13号），也即是6号～13号元素（具体是C、N、O、F、Ne、Na、Mg、Al，共8种），由这8种元素可以推导出中学阶段所有的10电子微粒.2.推导的过程6号～13号元素推导10电子微粒的过程如图1所示.从图1可看出，6号～13号元素推导10电子微粒有3种方法：（1）得失电子成离子法多于10电子的金属原子（Na、Mg 、Al），可通过失去最外层电子形成简单阳离子Na+、Mg2+、Al3+来变成10电子微粒；少于10电子的非金属原子（N、O、F），可通过最外层获得电子形成简单阴离子N3-、O2-、F-（一般不存在C4-）来变成10电子微粒；Ne已是10电子微粒，不须得失电子.（2）补氢变分子法因为1个氢原子带有1个电子，所以补1个氢原子就相当于补1个电子.少于10电子的非金属原子（C、N、O、F），可通过“补氢原子”来实现“补电子”的目的（与10个电子相比较，缺几个电子就补几个氢原子）.据此法得到的氢化物分子（CH4、NH3、H2O、HF）亦是10电子微粒.（3）氢化物得失质子法补氢变分子法得到的氢化物分子，得失质子（H+）后所形成的含氢离子（有时也称为“电离”）亦是10电子微粒.因为质子（H+）不含电子，所以氢化物分子得到或失去质子（H+）后对原来的电子数目没有影响，仍是10电子微粒.例如氢化物分子NH3、H2O是10电子微粒，分别得到1个质子（H+）和失去1个质子（H+）变为相应的含氢离子NH+4、NH-2、H3O+、OH-，电子数目不受影响，仍然是10电子微粒.可用式子直观地表示如下：3.小结（1）Ne已是10电子微粒，不须再加推导；（2）多于10电子的金属原子（Na、Mg、Al），只能通过1种方法（失电子成离子法）变成10电子微粒（简单阳离子）；（3）少于10电子的非金属原子（N、O、F），可通过2种方法（得电子成离子法和补氢变分子法）变成10电子微粒（简单阴离子和氢化物分子）；（4）由补氢变分子法得到的氢化物分子又可通过1种方法（得失质子法）变成10电子微粒（含氢离子）；（5）整理图1的10电子微粒，得表1.由表1可知，10电子微粒共15种，分为2大类，一是离子类，二是分子类.离子类包括简单阴、阳离子和含氢阴阳离子；分子类包括Ne分子和氢化物分子.其中，含氢阴阳离子可通过氢化物分子的得失质子（有时亦称“电离”）来推导.二、18电子微粒的推导1.推导的元素18电子微粒推导的元素是元素周期表中Ar附近的元素（14号～20号元素，具体是Si、P、S、Cl、Ar、K、Ca）以及6～9号元素（具体是C、N、O、F），共11种元素，由这11种元素可以推导出常见的18电子微粒.2.推导的过程14～20号以及6～9号元素推导18电子微粒的过程如图2所示.从图2可看出，14～20号以及6～9号元素推导18电子微粒可有4种方法：（1）得失电子成离子法多于18电子的金属原子（K、Ca），可通过失去最外层电子形成简单阳离子K+、Ca2+来变成18电子微粒；少于18电子的非金属原子（P、S、Cl），可通过最外层获得电子形成简单阴离子P3-、S2-、Cl-（一般不存在Si4-）来变成18电子微粒；Ar已是18电子微粒，不须得失电子.（2）补氢变分子法少于18电子的非金属原子（Si、P、S、Cl），可通过“补氢原子”来实现“补电子”的目的（与18个电子相比较，缺几个电子就补几个氢原子）.据此法得到的氢化物分子（SiH4、PH3、H2S、HCl））亦是18电子微粒.（3）氢化物得失质子法由于氢化物得失质子（H+）对电子数目不影响，故其所形成的含氢离子仍是18电子微粒.例如氢化物分子H2S失1质子（实际是电离）所形成的含氢离子HS-仍是18电子微粒；氢化物H2O2（可看作二元弱酸）依次失1质子（实际是电离）得到的HO-2、O2-2亦是18电子微粒.（4）9电子微粒两两组合法在6～9号元素中，C对应的9电子微粒是-CH3，N对应的9电子微粒是-NH2，O对应的9电子微粒是-OH，F对应的9电子微粒是-F（以上均用基团表示）.9电子微粒两两组合可得18电子微粒： CH3-CH3（C2H6）、NH2-NH2（肼，N2H4）、HO-OH（H2O2，电离出的HO2-、O2-2 亦是18电子微粒）、F-F（F2）、CH3-NH2、CH3-OH、CH3-F、 NH2-F，等等.用相关元素推导10和18电子微粒，在推导中深化理解，在深化理解中达牢固记忆.笔者认为，“推导→记忆；忘记→推导”能大大减轻学生的记忆烦恼，应成为学习10和18电子微粒的有效方法.三、10和18电子微粒的应用例1通常情况下，微粒A和B为分子，C和E为阳离子，D为阴离子，它们都含有10个电子；B溶于A后所得的物质可电离出C和D；A、B、E三种微粒反应后可得C和一种白色沉淀.请回答：（1）用化学符号表示下列四种微粒.A：B：C：D：.（2） 写出A、B、E三种微粒反应的离子方程式.解析根据表1的10电子微粒和“微粒A和B为分子”， 经分析可推知A和B只能为氢化物分子.又根据“B溶于A后所得的物质可电离出C和D”和“C和E为阳离子，D为阴离子”，再考察10电子微粒中的氢化物分子CH4、NH3、H2O、HF，可知只有NH3溶于H2O后所得的NH3·H2O才电离出10电子微粒NH+4、OH-，故可推知A为H2O，B为NH3，C为NH+4，D为OH-.根据“A、B、E三种微粒反应后可得C和一种白色沉淀”，又已经知道了A为H2O，B为NH3，C为NH+4，E为阳离子，可推知E为Al3+，A、B、E三种微粒发生的离子反应是：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分别表示含有18个电子的八种微粒（离子或分子）.请回答：（1）A元素是；B元素是；C元素是（用元素符号表示）.（2） D是由两种元素组成的双原子分子，其分子式是.（3） E是所有含18个电子的微粒中氧化能力最强的分子，其分子式是.（4） F是由两种元素组成的三原子分子，其分子式是，电子式是.（5） G分子中含有4个原子，其分子式是.（6） H分子中含有8个原子，其分子式是.解析只要参照表2的18电子微粒，并按照题目的具体要求，我们便不难找出正确答案.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是中学化学中常见的四种不同粒子，它们之间存在如图3所示的转化关系（反应条件已经略去）：（1）如果A、B、C、D均是10电子的粒子，请写出A的化学式.A，A和B反应生成C、D的离子方程式为.（2）如果A、C均是18e-粒子，B、D均是10e-粒子，则可推知A为，B为，C为，D为（均用化学符号表示）；另写出C的电子式为.解析（1）如果A、B、C、D均是10电子的粒子，那么根据表1的10电子微粒以及综合分析粒子之间的转化关系，可以推出A为NH+4，B为OH-，C为NH3，D为H2O.C与酸（H+）反应生成A的离子方程式是NH3+H+NH+4，A和B反应生成C、D的离子方程式是NH+4+OH-△NH3↑+H2O，B和酸（H+）反应生成D的离子方程式是OH-+H+H2O.（2）如果A、C均是18e-粒子，B、D均是10e-粒子，那么根据表2的18电子微粒、表1的10电子微粒以及粒子之间的转化关系，可推知A为H2S，B为OH-，C为S2-，D为H2O.C与酸（H+）反应生成A的离子方程式是S2-+2H+H2S↑，A和B反应生成C、D的离子方程式是H2S+2OH-△S2-+2H2O，B和酸（H+）反应生成D的离子方程式是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五种微粒（分子或离子），它们都分别含有10个电子，已知它们有如下转化关系：①A++C-△D+E②B++C-2D（1）写出①的离子方程式；写出②的离子方程式.（2） 除D、E外，请再写出两种含10个电子的分子.（3） 除A+、B+外，请再写出两种含10个电子的阳离子.解析根据表1的10电子微粒以及A++C-△D+E和B++C-2D的转化关系，可推知A+为NH+4，B+为H3O+，C-为OH-，D为H2O，E为NH3.A++C-△D+E对应的离子方程式是NH+4+OH-△NH3↑+H2O，B++C-2D对应的离子方程式是H3O++OH-2H2O.除了D（H2O）、E（NH3）外，含10个电子的分子还有CH4、HF、Ne.除A+（NH+4）、B+（H3O+）外，含10个电子的阳离子还有Na+、Mg2+、Al3+.答案： （1）NH+4+OH-△NH3↑+H2O；H3O++OH-2H2O（2）CH4、HF、Ne（任写两种即可）（3）Na+、Mg2+、Al3+（任写两种即可）10和18电子微粒的应用，关键在于熟记这些微粒并掌握它们的性质.而要熟记10和18电子微粒，则必须学会用相关元素来推导这些微粒，只有这样，才能记得牢、记得久，即使一时忘记也能推导出来.（收稿日期：2015-07-19）