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高中化學(xué)備考-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(duì)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。
例題1: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）根據(jù)等電子原理，寫出CO分子的結(jié)構(gòu)式；
（2）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(shí)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(jí)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。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(duì)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。
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(duì)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(duì)數(shù)計(jì)算法
對(duì)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(duì)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(duì)數(shù)可以有以下結(jié)論：
分子 價(jià)電子對(duì)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(duì)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(duì)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
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(duì)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(duì)數(shù)（多重鍵中只有一個(gè)鍵，其余均為鍵），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4個(gè)價(jià)電子，與4個(gè)F原子恰好形成4個(gè)鍵，無未成鍵電子，n=4，則SiF4分子中Si原子采用sp3雜化；
(2)基態(tài)C原子有4個(gè)價(jià)電子，在HCHO分子中，C原子與2個(gè)H原子形成2個(gè)鍵，與O原子形成C=O雙鍵，C=O雙鍵中有1個(gè)鍵、1個(gè)鍵，C原子無剩余價(jià)電子，n=3，則HCHO分子中C原子采用sp2雜化；
(3)三聚氰胺中有兩種環(huán)境的N原子，環(huán)外N原子形成3個(gè)鍵，用去基態(tài)N原子5個(gè)價(jià)電子中的3個(gè)，余下1個(gè)孤電子對(duì)，n=4，則環(huán)外N原子采用sp3雜化，環(huán)內(nèi)N原子形成2個(gè)σ鍵、1個(gè)π鍵，用去基態(tài)N原子5個(gè)價(jià)電子中的3個(gè)，余下1個(gè)孤電子對(duì)，n=3，則環(huán)內(nèi)N原子采用sp2雜化。通過以上分析，可以認(rèn)識(shí)到問題的難易是相對(duì)的，關(guān)鍵是能否找到解決問題的方法，方法往往有多種，要在學(xué)習(xí)過程中積累、歸納、體會(huì)，有了正確、適合的解決問題的方法，才會(huì)收到事半功倍的效果。

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