高中化學(xué)資料：等電子體與雜化類型的判斷方法歸納

一、等電子體的判斷

具有相同價(jià)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，或東拼西湊的試寫，試寫也往往只注意“價(jià)電子數(shù)”或“原子數(shù)”相同某一方面而錯(cuò)答。如寫CH4分子的等電子體時(shí)許多學(xué)生寫成NH3（原子數(shù)不同）、CCl4（價(jià)電子數(shù)不同）等，至于再稍復(fù)雜一些的，錯(cuò)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：

1、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、……；同時(shí)換可有SiF4、SiFCl3、……。（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，后者為原子晶體）。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）。（3）SO42－的等電子體確定：將一個(gè)O原子換為S原子得S2O32－；NO3－的等電子體可確定為PO3－。（4）對于原子晶體類也可作類似推導(dǎo)：金剛石Cn與晶體硅Sin互為等電子體。2、價(jià)電子遷移法即將既定粒子中的某元素原子的價(jià)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(gè)數(shù)換為C、D（或1A、1B換為2C）。如：（1）CO2的等電子體確定，除了上述結(jié)果以外，還可以采用價(jià)電子遷移法：C、O原子的價(jià)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(jià)電子數(shù)為5，一個(gè)O原子拿一個(gè)電子給C原子，在電性不變條件下質(zhì)子數(shù)同時(shí)變?yōu)?（價(jià)電子同時(shí)變?yōu)?），則可換為兩個(gè)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(gè)價(jià)電子轉(zhuǎn)移給兩個(gè)O原子，元素原子分別轉(zhuǎn)換為1個(gè)Be、2個(gè)Cl，就可以得到CO2的另一個(gè)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。（2）離子之間的等電子體也可以推導(dǎo)：與N3－的等電子體查找方法，可將2個(gè)N原子換為1個(gè)C原子和一個(gè)O原子可得CNO－。

3、電子—電荷互換法即將既定粒子中的某元素原子的價(jià)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(gè)電子換作1個(gè)負(fù)電荷，則N原子換為C原子，離子帶2個(gè)負(fù)電荷，其等電子體即為C22－；反之，將CN－的電荷轉(zhuǎn)化為1個(gè)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HCO3－；ICl4－與XeCl4互為等電子體。在具體問題分析時(shí)，通常幾種方法同時(shí)聯(lián)想，靈活使用，方可快速準(zhǔn)確的回答問題。現(xiàn)以幾例說明（文中所用題目為2009年江蘇高考或各地質(zhì)量檢測題，原題中與本文無關(guān)的內(nèi)容均略去）。例題1、（徐州三檢）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(gè)電荷轉(zhuǎn)化為1個(gè)價(jià)電子，這個(gè)價(jià)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(gè)N原子進(jìn)行價(jià)電子轉(zhuǎn)移換為C、O從而得CO2，再由CO2進(jìn)行價(jià)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N3－外，利用同族元素互換可得CNS－；利用電子—電荷互換可得NO2+和CN22－。答案：N2O或CO2或COS或CS2或BeCl2；N3－或CNS－或NO2+或CN22－。

例2、（1）（江蘇高考）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子的結(jié)構(gòu)式；（2）（南通二檢）寫出NO2+離子的電子式。分析：CO分子的結(jié)構(gòu)式、NO2+離子的電子式中學(xué)中并不作已有知識要求，直接作答難度大，但在題給信息提示下，可以利用等電子原理，先找出我們熟知結(jié)構(gòu)的等電子體：CO與N2互為等電子體，NO2+與CO2互為等電子體，等電子體的結(jié)構(gòu)相同，參照熟悉的N2的結(jié)構(gòu)式、CO2的電子式便可輕松作答。答案：C≡O(shè)；二、雜化類型的判斷雜化軌道理論的引進(jìn)是為了更好的解釋有關(guān)分子的空間構(gòu)型和分子的相關(guān)性質(zhì)，其核心思想是多原子分子中心原子將能級相近、能量較低的價(jià)層軌道相互作用，重新組合、再分配，構(gòu)建成新的軌道，即雜化軌道，軌道雜化的目的是為了更有利于原子成鍵，成鍵時(shí)能力更強(qiáng)，有利于分子的形成。這部分知識較抽象，理論性強(qiáng)，學(xué)生在應(yīng)用上有很大的難度。通過對學(xué)生的錯(cuò)誤分析，我認(rèn)為關(guān)鍵是中心原子的雜化類型能否準(zhǔn)確判斷，雜化類型判斷正確，結(jié)合分子組成、價(jià)層電子對互斥理論，就容易解決分子構(gòu)型、分子性質(zhì)的相關(guān)問題。從考試說明中不難看出，考核要求是簡單的雜化類型判斷，對d軌道參與雜化的不作要求，即僅限于sp、sp2、sp3三種類型的判斷，就此三種雜化類型的判斷方法作如下歸納。1、取代法以中學(xué)常見的、熟悉的基礎(chǔ)物質(zhì)分子為原型，用其它原子或原子團(tuán)取代原型分子中的部分原子或原子團(tuán)，得到的新分子中心原子與原型分子對應(yīng)的中心原子的雜化類型相同。如：(1)CH3CH=CH2分子中C原子的雜化類型判斷，看作乙烯基取代了甲烷分子中的一個(gè)H原子，則甲基C原子為sp3雜化，也可看作甲基取代了乙烯分子中的一個(gè)H原子，故兩個(gè)不飽和C原子均為sp2雜化；(2)(CH3)3N看作三個(gè)甲基取代了NH3分子中的三個(gè)H原子而得，所以其分子中N原子采用sp3雜化；(3)H2O2看作羥基取代了H2O分子中一個(gè)H原子，H2O2中O原子應(yīng)為sp3雜化；(4)B(OH)3看作三個(gè)羥基取代了BF3中的F原子，可知B(OH)3中B原子為sp2雜化。2、價(jià)電子對數(shù)計(jì)算法對于ABm型分子(A為中心原子，B為配位原子)，分子的價(jià)電子對數(shù)可以通過下列計(jì)算確定：n=1/2（中心原子的價(jià)電子數(shù)+每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)×m），配位原子中鹵素原子、氫原子提供1個(gè)價(jià)電子，氧原子和硫原子按不提供價(jià)電子計(jì)算；若為離子，須將離子電荷計(jì)算在內(nèi)：n=1/2（中心原子的價(jià)電子數(shù)+每個(gè)配位原子提供的價(jià)電子數(shù)×m±離子電荷數(shù)），陽離子取“－”，陰離子取“+”。根據(jù)價(jià)電子對數(shù)可以有以下結(jié)論：

分子

價(jià)電子對數(shù)

幾何構(gòu)型

中心原子雜化類型

BeCl2

2

直線型

sp

BF3

3

平面三角形

sp2

SiCl4

4

正四面體

sp3一般來講，計(jì)算出的n值即為雜化軌道數(shù)，能直接對映中心原子的雜化類型。如：SO42－的n=4，中心原子S原子為sp3雜化；NO3－的n=3，中心原子N原子為sp2雜化；ClO3－、ClO4－的n均為4，Cl原子均為sp3雜化（但離子空間構(gòu)型不同，從價(jià)層電子對互斥模型看，前者為三角錐形，后者為正四面體型）。這種方法不適用于結(jié)構(gòu)模糊或復(fù)雜的分子、離子，如NO2+、H2B=NH2等的中心原子雜化類型學(xué)生就很難用該法進(jìn)行判斷，但可以從其它途徑確定。3、等電子原理應(yīng)用

01酸性不同的酸遇同一種堿

當(dāng)同一溶液中存在多種酸時(shí)，若向此溶液中逐滴加入一種堿液時(shí)，一般來說，堿先與酸性強(qiáng)的酸反應(yīng)，然后與酸性較弱的酸的反應(yīng)。如向鹽酸和醋酸的混合溶液逐滴加入氫氧化鈉溶液時(shí)，因鹽酸的酸性強(qiáng)于醋酸，故依次發(fā)生：NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，NaOH＋CH3COOH=CH3COONa＋H2O。

02

堿性不同的堿遇同一種酸

當(dāng)同一溶液中存在多種堿時(shí)，若向此溶液中滴加同一種酸，一般來說，此酸先與堿性強(qiáng)的物質(zhì)反應(yīng)，然后再與堿性弱的物質(zhì)反應(yīng)，如向氫氧化鈉與氨水的混合液中逐滴加入鹽酸時(shí)，因氫氧化鈉的堿性強(qiáng)于氨水，故依次發(fā)生：NaOH＋HCl=NaCl＋H2O，NH3·H2O＋HCl=NH4Cl＋H2O；但是若兩種堿中其中堿性相對較弱的能與酸反應(yīng)產(chǎn)生沉淀，則是能產(chǎn)生沉淀的反應(yīng)先進(jìn)行。例如向氫氧化鈣和氫氧化鉀的混合溶液通入二氧化碳，氫氧化鈣能與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生碳酸鈣沉淀，故依次發(fā)生：Ca(OH)2＋CO2=CaCO3↓＋H2O，2KOH＋CO2=K2CO3＋H2O。

03不同的鹽遇同一種酸

當(dāng)向含有多種鹽組成的混合溶液逐滴加入同一種酸時(shí)，其反應(yīng)的先后順序主要取決于鹽電離出的陰離子結(jié)合氫離子的能力，其中結(jié)合氫離子能力強(qiáng)的陰離子對應(yīng)的鹽先反應(yīng)，結(jié)合氫離子能力相對較弱的離子對應(yīng)的鹽后反應(yīng)。例如向NaHCO3和Na2CO3的混合溶液逐滴加入鹽酸，因碳酸根離子結(jié)合氫離子的能力比碳酸氫根離子結(jié)合氫離子的能力強(qiáng)，故依次發(fā)生：Na2CO3＋HCl=NaHCO3＋NaCl，NaHCO3＋HCl=NaCl＋H2O＋CO2↑。而當(dāng)同一陰離子形成的溶解性不同的鹽都能與同一種酸反應(yīng)時(shí)，一般來說，溶解性小的鹽先與酸反應(yīng)，然后是溶解性大的鹽與酸反應(yīng)。例如向含碳酸鈣和碳酸鉀混合液中通入CO2時(shí)，因CaCO3的溶解度小于K2CO3，故依次發(fā)生：K2CO3＋CO2＋H2O=2KHCO3，CaCO3＋CO2＋H2O=Ca(HCO3)2。

04不同的陽離子遇同一種堿

當(dāng)同一溶液中含有多種能與氫氧根離子結(jié)合的陽離子時(shí)，首先是與氫氧根離子結(jié)合能力強(qiáng)的陽離子與OH—反應(yīng)，隨后是與氫氧根離子給合的能力較弱的離子與OH-反應(yīng)。例如向硫酸鋁銨溶液逐滴加入氫氧化鈉溶液，其中Al3+和NH4＋都能與OH-反應(yīng)，但NH4＋與OH-的結(jié)合的能力強(qiáng)于Al3+和OH-的結(jié)合能力，故依次發(fā)生：NH4＋＋OH-=NH3·H2O，Al3+＋3OH-=Al(OH)3↓。

05堿性不同的堿遇同一種陽離子

當(dāng)同一溶液存在多種堿性不同的堿時(shí)，若它們都能與同一陽離子反應(yīng)時(shí)，首先是強(qiáng)堿與該陽離子反應(yīng)，然后是堿性相對較弱的與該陽離子反應(yīng)。例如，向含有NaOH和NH3·H2O的混合溶液中加入CuSO4溶液時(shí)，因氫氧化鈉的堿性強(qiáng)于氨水，故依次發(fā)生：CuSO4＋2NaOH=Cu(OH)2↓＋Na2SO4，CuSO4＋2NH3·H2O=Cu(OH)2↓＋(NH4)2SO4。

06同一溶液中陰離子和陽離子都能與OH-反應(yīng)

若同一溶液中既有一種陰離子能與OH—反應(yīng)，又有一種陽離子能與OH—反應(yīng)，此時(shí)向這種溶液中逐滴加入強(qiáng)堿時(shí)，首先是與OH-的結(jié)合能力強(qiáng)的離子先反應(yīng)，然后是與OH-的結(jié)合能力較弱的離子反應(yīng)。例如向NH4HCO3溶液中逐滴加入NaOH溶液，因?yàn)镠CO3－結(jié)合OH-能力強(qiáng)于NH4＋結(jié)合OH-，所以依次發(fā)生：HCO3－＋OH-=H2O＋CO32－，NH4＋＋OH-=NH3·H2O。

07同一氧化劑遇到多種還原性不同的微粒

在任意的氧化還原體系中，若存在多種還原性不同的微粒和一種強(qiáng)氧化劑時(shí)，首先氧化劑與還原性強(qiáng)的微粒反應(yīng)，然后與還原性相對較弱的微粒反應(yīng)。例如向FeBr2溶液中逐滴加入氯水，因?yàn)槎r(jià)鐵離子的還原性強(qiáng)于溴離子，故依次發(fā)生：2Fe2+＋Cl2=2Fe3+＋2Cl-，2Br-＋Cl2=2Cl-＋Br2。

08同一還原劑遇到多種氧化性不同的微粒

在任意的氧化還原體系中，若存在多種氧化性不同的微粒和一種強(qiáng)還原劑時(shí)，首先是還原劑與氧化性強(qiáng)的微粒反應(yīng)，然后與氧化性相對較弱的微粒反應(yīng)。例如向含有Fe3+和Cu2+的溶液中加鐵粉，因?yàn)槿齼r(jià)鐵離子的氧化性強(qiáng)于二價(jià)銅離子，故依次發(fā)生：2Fe3+＋Fe=3Fe2+，Cu2+＋Fe=Cu＋Fe2+。

09同一陽離子遇到能與之反應(yīng)的多種陰離子

當(dāng)同種陽離子遇到多種陰離子都能生成沉淀時(shí)，首先是生成溶解度較小的沉淀，然后依次產(chǎn)生溶解度大的沉淀。例如，向含有Cl-，Br-，I-的溶液中逐滴加入含Ag+的溶液，因氯化銀的溶解度大于溴化銀，而溴化銀的溶解度大于碘化銀，故依次發(fā)生：Ag+＋I(xiàn)-=AgI↓，Ag+＋Br-=AgBr↓，Ag+＋Cl-=AgCl↓.

10同一陰離子遇到能與之反應(yīng)的多種陽離子

當(dāng)同一陰離子遇到能與之反應(yīng)的多種陽離子時(shí)，優(yōu)先生成易揮發(fā)的氣體，然后生成溶解性較小的沉淀。例如向含有鈣離子和氫離子的溶液中逐滴加入碳酸鈉溶液時(shí)，依次發(fā)生：2H+＋CO32－=H2O＋CO2↑，Ca2+＋CO32－=CaCO3↓等電子體具有相同的結(jié)構(gòu)特征，則等電子體的中心原子的雜化類型相同。用此方法將結(jié)構(gòu)模糊或復(fù)雜的分子、離子轉(zhuǎn)化成熟悉的等電子體，然后進(jìn)行確定。如NO2+、H2B=NH2分別與CO2、CH2=CH2互為等電子體，而CO2、CH2=CH2中心原子C原子分別為sp、sp2雜化，則NO2+中心原子N原子為sp雜化，H2B=NH2中心原子B、N原子均為sp2雜化。4、價(jià)鍵直查法從雜化軌道理論可知，原子之間成鍵時(shí)，未雜化軌道形成鍵，雜化軌道形成鍵，若未參與成鍵，剩余的必然是雜化軌道上的孤對電子。在能夠明確結(jié)構(gòu)式的分子、離子中心原子雜化類型分析時(shí)，可直接用下式判斷：雜化軌道數(shù)n=中心原子的鍵數(shù)+中心原子的孤電子對數(shù)（多重鍵中只有一個(gè)σ鍵，其余均為π鍵），可方便找到中心原子的雜化類型。如：(1)SiF4分子中Si原子軌道雜化類型分析，基態(tài)Si原子有