2023届高中化学人教版二轮专题复习第63讲-等电子体与物质的性质(学案)

第63讲-等电子体与物质的性质知识重构1.教材中对等电子原理的论述（1）鲁科版（2）人教版2.等电子原理（1）定义（2）核心价值（3）应用3.等电子体（1）定义（2）特征（3）书写技巧①同族元素相互替换法将已知粒子中的某元素替换成与它同族元素，注意元素原子的替换应保证总数不变，同一元素多个原子可用同族同一元素原子全部或部分替换，总的原则是：必须确保价电子总数及原子总数保持不变。②价电子迁移变换法：是将已知粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给粒子中的另一种元素的原子，此时相应两原子的价电子数也随之改变（减少或增加）。例如：（1）将C原子价电子增加1可变为N+，C原子价电子增加2可变为O2+；（2）将N原子价电子减少1可变为C-，将N原子价电子增加1可变为O+；（3）将O原子价电子减少1可变为N-，若减少2可变为C2-。③价电子与电荷相互转换法：将已知粒子中的某元素原子的价电子逐一转化为粒子所带的电荷，或将粒子所带的电荷折合成某元素原子的价电子，相互转换过程中始终确保价电子总数及原子总数保持不变，这种方法可实现分子与离子的相互转化。二、重温经典1.（2020·全国卷Ⅲ，35(3)）与NH3BH3原子总数相等的等电子体___________(写分子式)【答案】CH3CH3【解析】因为主族元素的价电子数=主族序数，根据B和N在元素周期表中的位置进行替换。2.[2020·江苏卷，21，A](3)与NH4+互为等电子体的一种分子为____________(填化学式)。【答案】CH4或SiH4【解析】因NH4+带1个正电荷，则由N的价电子-1，则N替换成了C，化学式为CH4，同主族替换可以得到SiH4。3.（2018·江苏卷）臭氧（O3）在[Fe(H2O)6]2+催化下能将烟气中的SO2、NOx分别氧化为SO42-和NO3-，NOx也可在其他条件下被还原为N2。（3）与O3分子互为等电子体的一种阴离子为_____________（填化学式）。【答案】NO2−【解析】用替代法，与O3互为等电子体的一种阴离子为NO2-。4.（2022年湖南卷(3)）科学家近期合成了一种固氮酶模型配合物，该物质可以在温和条件下直接活化H2，将N3-转化为NH2-，反应过程如图所示：②与NH2-互为等电子体的一种分子为_______(填化学式)。【答案】H2O【解析】NH2-的1个负电荷换成1个价电子，中心元素N价电子数+1可得到O元素，因此该分子为H2O。水分子和氨基阴离子的原子个数都为3、价电子数都为8，互为等电子体。5.（2021河北卷）KH2PO4晶体具有优异的非线性光学性能。我国科学工作者制备的超大KH2PO4晶体已应用于大功率固体激光器，填补了国家战略空白。（5）与PO43－电子总数相同的等电子体的分子式为。【答案】SiF4SO2F2等【解析】PO43－的3个负电荷换成3个价电子，2个O转化成2个F，1个P转化成1个S，因此该分子为SO2F2。若4个O转化成4个F，则需1个P转化成1个Si，因为该分子为SiF4。若进行同主族替换，还可以得到：SO2Cl2SiCl4CF4CCl4等。6.（2020·山东高考真题）B3N3H6(无机苯)的结构与苯类似，也有大π键。下列关于B3N3H6的说法错误的是A．其熔点主要取决于所含化学键的键能B．形成大π键的电子全部由N提供C．分子中B和N的杂化方式相同D．分子中所有原子共平面【答案】A【解析】A．无机苯是分子晶体，其熔点主要取决于分子间的作用力，A错误；B．B原子最外层3个电子，与其它原子形成3个σ键，N原子最外层5个电子，与其它原子形成3个σ键，还剩余2个电子，故形成大π键的电子全部由N原子提供，B正确；C．无机苯与苯是等电子体，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式为sp2杂化，C正确；D．无机苯与苯是等电子体，分子中含有大π键，故分子中B、N原子的杂化方式为sp2杂化，所以分子中所有原子共平面，D正确；答案选A。7.（2021年海南卷节选）金属羰基配位化合物在催化反应中有着重要应用。回答问题：（4）CO32－中碳原子的杂化轨道类型是 ，写出一种与其具有相同空间结构的－1价无机酸根离子的化学式 。【答案】NO3-【解析】CO32－中的1个负电荷转化成1个价电子，则C替换成了N，化学式为NO3-。三、模型建构命题角度1利用等电子原理针对某物质找等电子体从概念入手，“原子总数相同，价电子总数相同的分子或离子互为等电子体。”寻找某种物质的等电子体。例如寻找CO2的等电子体：命题角度2推写陌生物质的结构式或者电子式根据等电子原理，等电子体之间具有相似的化学键特征，由此我们可以从已学物质的结构式推测陌生物质的结构式。例如CO2的结构式为O=C=O，推测N2O的结构式？（2022·安徽马鞍山·三模）人类对第二周期的元素及化合物认识最早。(5)SCN—中C原子的杂化类型为_______，其中含有两个相同的大π键，其形式为_______。(用π表示，n为原子数，m为电子数)，检验Fe3+时，SCN—以S原子配位不以N原子配位的原因是_______。【答案】sp

π

S元素的电负性小，离子中S原子易给出孤对电子【解析】硫氰酸根离子与二氧化碳的原子个数都为3、价电子数目都为16，互为等电子体，等电子体具有相同的空间构型，则硫氰酸根离子与二氧化碳的空间构型相同，都为直线形，所以碳原子的杂化方式为sp杂化；离子中碳原子未参与杂化的2个p电子与硫原子和氮原子的p电子形成大π键，其形式为π；硫氰酸根离子中硫元素的电负性小于氮元素，相对于氮原子，硫原子易给出孤对电子，所以检验铁离子时，离子以硫原子配位不以氮原子配位，故答案为：sp；π；S元素的电负性小，离子中S原子易给出孤对电子。命题角度3根据等电子原理计算陌生物质的σ键、π键数目根据等电子体之间具有相似的化学键特征，我们还可以在结构的基础上数出根据等电子体之间具有相似的化学键特征，我们还可以在结构的基础上数出σ键、π键的多少。例如：碳化钙中的C22-与O22+互为等电子体，则O22+中σ键和π键数目之比为：。命题角度4判断一些陌生的简单分子或离子的空间构型思考：写出下列物质的空间构型思考：写出下列物质的空间构型（1）N3－（2）CNO－（3）N2O【【2017·新课标1卷】[化学——选修3：物质结构与性质]（3）X射线衍射测定等发现，I3AsF6中存在I3+离子。I3+离子的几何构型为_____________，中心原子的杂化形式为__________。思考：S2O思考：S2O32-中中心元素S的杂化方式？命题角度6预测新物质（化学竞赛试题节选）(BN)n是一种新无机合成材料，它与某单质互为等电子体。工业上制造（BN)n办法之一是用砂和尿素在1073~1273K时反映，得到a-(BN)n及其他元素氧化物，a-(BN)n可作高温润滑剂、电器材料和耐热材料等。如在更高温度下反应，可制得β-(BN)n，β-(BN)n硬度特别高，是作超高温耐热陶瓷材料、磨料、精密刀具好材料。试问：（化学竞赛试题节选）(BN)n是一种新无机合成材料，它与某单质互为等电子体。工业上制造（BN)n办法之一是用砂和尿素在1073~1273K时反映，得到a-(BN)n及其他元素氧化物，a-(BN)n可作高温润滑剂、电器材料和耐热材料等。如在更高温度下反应，可制得β-(BN)n，β-(BN)n硬度特别高，是作超高温耐热陶瓷材料、磨料、精密刀具好材料。试问：（1）它与什么单质互为等电子体？（2）依照等电子原理画出a-(BN)n和β-(BN)n的结构。四、名师导学1、等电子原理是1919年美国物理化学家IrvingLangmuir提出的一个定性的经验规律，在预测化合物的存在，构型和性质方面，常有一些例外。例如无机苯和有机苯虽然很相象，但间-硼氮六环易于和HCl进行加合反应，而苯则不能。化学的证据表明，无机苯几乎没有芳香性，在它的平面六角环上、下方的离域电子云成团地分布在电负性比B大的N原子上，相对于苯分子中的完全离域化而言，间-硼氮六环分子中电子的部分定域化削弱了B-N键，结果使分子的芳香性稳定化作用减小2.运用等电子原理预测分子或离子的空间构型时，不能简单的认为价电子数相等的两种微粒即为等电子体，必须注意等电子体