2.2微专题2 等电子体 (含答案)选择性必修2 第二章 分子结构与性质

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2.2微专题2 等电子体 (含答案)选择性必修2 第二章 分子结构与性质

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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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