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等电子体
【方法与技巧】
1．等电子原理
性质分子 原子数 价电子数 立体构型 沸点/℃ 熔点/℃ 液体密度/g·cm－3
N2 2 10 直线形 －195.81 －210.00 0.796
CO 2 10 直线形 －191.49 －205.05 0.793
结论 CO分子和N2分子具有相同的原子总数、相同的价电子数，其性质相近
(1)等电子体的概念：原子总数相同，价电子总数也相同的微粒。 如：CO和N2，CH4和NH4+
(2)等电子原理：等电子体具有相似的化学键特征，它们结构相似，物理性质相近，但化学性质不相同，此原理称为等电子原理
(3)等电子原理的应用：等电子体的许多性质是相近的，立体构型是相同的
①利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的立体构型。如NH3和H3O＋，原子和价电子总数都相等，其立体构型相似(三角锥形)；SiCl4、SO、SiO、PO等的原子数目和价电子总数都相等，互为等电子体，都呈四面体构型
②利用等电子体在性质上的相似性制造新材料。等电子体不仅有相似的立体构型，而且有相似的性质。如晶体硅、锗是良好的半导体材料，它们的等电子体AlP、GaAs也都是良好的半导体材料
③利用等电子原理针对某物质找等电子体
(4)常见的等电子体及空间构型
等电子类型 常见等电子体 空间构形
2原子10电子 N2、CN－、C、CO、NO＋ 直线形
2原子14电子 F2、O、Cl2 直线形
3原子16电子 CO2、N2O、CNO－、N、NO、SCN－、HgCl2、BeCl2(g) 直线形
3原子18电子 O3、SO2、NO V形
4原子8电子 NH3、PH3、CH、H3O＋ 三角锥形
4原子24电子 SO3(g)、CO、NO、PO、BF3 平面三角形
4原子26电子 SO、ClO、BrO、IO、XeO3 三角锥形
5原子8电子 CH4、SiH4、NH、PH、BH 正四面体形
5原子32电子 CCl4、SiF4、SiO、SO、ClO、PO、CF4 正四面体形
2．等电子体的寻找方法
(1)根据等电子体定义，寻找等电子体的常用方法就是换原子
①方法1．竖换——同族替换：换同族原子(同族原子价电子数相同)
以“寻找NH3的等电子体”为例：NH3PH3、AsH3
②方法2．横换——左右移位：换相邻族的原子，这时价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等
以“寻找NH3的等电子体”为例：NH3CH；NH3H3O＋
(2)利用结构相似寻找等电子体：互为等电子体的微粒具有相似的立体构型
以“寻找SO3的等电子体”为例：SO3为平面三角形，常见的平面三角形的分子有BF3、CO、NO、PO等，再根据定义逐一筛选，BF3、CO、NO、PO全部符合要求
【课时跟踪检测】
1．以下各组粒子不能互称为等电子体的是(　　)
A．CO和N2 B．CO和SO3 C．CO2和N2O D．N2H4和C2H4
2．由短周期元素组成的粒子，只要其原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。根据上述原理，下列各对粒子中，空间结构相似的是(　　)
A．SO2与O3 B．CO2与NO2 C．CS2与NO2 D．PCl3与BF3
3．下列物质属于等电子体的一组是(　　)
A．CH4和NH B．B3H6N3和C8H8 C．F－和Mg D．H2O和CH4
4．根据等电子原理判断，下列各对粒子中互为等电子体的是(　　)
①SO2与O3　②CO2与NO2　③CS2与NO2 ④PCl3与NF3
A．①②　　　　　　　 B．②③ C．③④ D．①④
5．N2的结构可以表示为 INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\F15.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\F15.TIF" \* MERGEFORMATINET ，CO的结构可以表示为 INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\F16.TIF" \* MERGEFORMAT INCLUDEPICTURE "E:\\莫成程\\2017\\同步\\化学\\人教 选修3\\F16.TIF" \* MERGEFORMATINET ，其中椭圆框表示π键，下列说法中不正确的是(　　)
A ．N2分子与CO分子中都含有三键 B．CO分子与N2分子中的π键并不完全相同
C．N2与CO互为等电子体 D．N2与CO的化学性质相同
6．已知原子总数和价电子总数相同的离子或分子结构相似，如SO3、NO都是平面三角形。那么下列分子或离子中与SO有相似结构的是(　　)
A．PCl5 B．CCl4 C．NF3 D．N
7．通常把原子总数和价电子总数相同的分子或离子称为等电子体。人们发现等电子体的立体构型相同，则下列有关说法中正确的是(　　)
A．CH4和NH是等电子体，键角均为60°
B．NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构
C．H3O＋和PCl3是等电子体，均为三角锥形结构
D．B3N3H6和苯是等电子体，B3N3H6分子中不存在“肩并肩”式重叠的轨道
8．等电子体是指两个或两个以上的分子(或离子)，它们的原子总数相同、分子(或离子)中价电子总数也相同。
(1)SiO、SO3、NO三种粒子________(填“是”或“不是”)等电子体，其中Si、S、N三种基态原子的第一电离能的大小关系为____________________
(2)C2O和________是等电子体，C2O具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是__________，价电子排布式为______________
(3)两原子14个电子的等电子体的共同特点是物质中都具有共价三键，请举出相应的3个例子：________(分子或离子)。每个分子或离子中含________个σ键，________个π键
9．1919年，Langmuir提出等电子原理：原子总数相同、电子总数相同的分子，互称为等电子体。等电子体的结构相似、物理性质相近。
(1)根据上述原理，仅由第二周期元素组成的共价分子中，互为等电子体的是________和________；________和__________
(2)此后，等电子原理又有所发展。例如，由短周期元素组成的微粒，只要其原子总数相同，各原子最外层电子数之和相同，也可互称为等电子体，它们也具有相似的结构特征。在短周期元素组成的物质中，与NO互为等电子体的分子有________、________
10．依据等电子原理在下表中填出相应的化学式。
CH4 CO C2O
NH N2H NO N2
【等电子原理】答案
1．D。解析：CO和N2的原子个数都为2，价电子数都为10，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故A不符合题意；CO和SO3的原子个数都为4，价电子数都为24，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故B不符合题意；CO2和N2O的原子个数都为3，价电子数都为16，原子数和价电子数都相等，互为等电子体，故C不符合题意；N2H4和C2H4的原子个数都为6，价电子数前者为14，后者为12，原子数相等，但价电子数不相等，不能互为等电子体，故D符合题意。
2．A。解析：由题中信息可知，只要算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。B的最外层电子数为3；C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6；F、Cl的最外层电子数为7。
3．A。解析：等电子体要具备两个条件：一是微粒的原子总数相同，二是微粒的价电子总数相同。分析可知A项正确，C项中F－和Mg的价电子总数不同，B、D项中的原子总数不相同。
4．D。解析：由题中信息可知，只要计算出分子中各原子的最外层电子数之和即可判断。C的最外层电子数为4；N、P的最外层电子数为5；O、S的最外层电子数为6。SO2与O3、PCl3与NF3互为等电子体
5．D。解析：从题图可以看出，N2分子与CO分子中均有一个σ键和两个π键，所以二者都含有三键，A正确；N2分子中的两个π键是由每个氮原子各提供两个p轨道以“肩并肩”的方式形成的，而CO分子中的一个π键是氧原子单方面提供电子对形成的，B正确；N2与CO的原子总数和价电子总数均相同，为等电子体，性质相似，但并不完全相同，C正确，D错误。
6．B。解析：SO的价电子数为32个，CCl4的原子数为5，价电子数为4＋4×7＝32，故与SO有相似结构(均为正四面体形)；PCl5分子中价电子数为5＋7×5＝40，NF3分子中价电子数为5＋7×3＝26，N的价电子数为5×3＋1＝16。
7．B。解析：CH4和NH为等电子体，都是正四面体结构，键角均为109°28′，A项不正确；NO和CO是等电子体，均为平面正三角形结构，B项正确；H3O＋和PCl3价电子总数不相等，不是等电子体，C项不正确；B3N3H6结构与苯相似，也存在“肩并肩”式重叠的轨道，D项不正确。
8．(1)是　N>S>Si
(2)N2O4　第四周期ⅦB族　3d54s2
(3)N2、CO、CN－　1　2
解析：(1)三种粒子均为四原子24价电子微粒，属于等电子体。(2)寻找C2O的等电子体，首先想到将C替换为N，然后凑足价电子总数，此微粒可以是N2O4。(3)两原子14个电子的微粒首先应想到N2，然后以N2为基础，尝试替换为C原子和O原子，使价电子总数相等即可。
9．(1)N2　CO　CO2　N2O　
(2)SO2　O3
解析：(1)仅由第二周期元素组成的共价分子中，即C、N、O、F组成的共价分子，如：N2与CO电子总数均为14，CO2与N2O电子总数均为22。
(2)依题意，只要原子总数相同，价电子总数也相同，即可互称为等电子体，NO为三原子，其价电子总数为(5＋6×2＋1)＝18，SO2、O3也为三原子，价电子总数均为6×3＝18。
10．(从上到下，从左到右)C2H6　NO　CO2　N2O4 CO
解析：通过对CH4和NH的比较可知，由于C的原子序数比N的原子序数小1，所以C原子的电子数与N＋的电子数相等，因此只要C、N原子数相等且其他元素种类和原子总数相同即符合题意，不要忘了所带的电荷数。如N2H和C2H6。
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