等电子体原理

第二章 《原子结构与性质》导学案

第一节 共价键

（第二课时 共价键的键参数 等电子原理）

【学习目标】1.通过阅读思考、数据分析，认识键能、键长、键角等键参数的概念，能用键参数――键能、键长、键角说明简单分子的某些性质。

2通过讨论交流、问题探究等活动，知道等电子原理，会判断简单的等电子体，能结合实例说明“等电子原理的应用。

【学习重点】键参数的概念、“等电子原理”及应用

【学习难点】用键参数说明简单分子的结构和某些性质

【自主学习】

旧知回顾：1.化学反应的实质是反应物分子内 旧键的断裂 和生成物分子内 新键的形成 。当物质发生化学反应时，断开反应物的化学键要_吸收_(放出或吸收)能量；而形成生成物的化学键要__放出__(放出或吸收)能量。

2.s轨道与s轨道形成 σ 键时，电子并不是只在两核间运动，只是电子在两核间出现的 概率 大。因s轨道是 球 形的，故s轨道与s轨道形成σ键时， 无 方向性。两个s轨道 只能 形成σ键， 不能 形成π键。两个原子间 可以 只形成σ键，但 不能 只形成π键。

新知预习：1.键能、键长和键角是共价键的三个键参数。键能是 气态基态原子 形成1

mol化学键释放的 最低 能量。键能的单位是 kJ·mol－1

。键长是指形成共价键的两个原子之间的 核间距 ，因此 原子半径 决定化学键的键长， 原子半径 越小，共价键的键长越

短 。键角是指 在原子数超过2的分子中，两个共价键之间的夹角 。在多原子分子中键角是一定的，这表明共价键具有 方向 性。键角是描述分子 立体结构 的重要参数。

2.等电子原理是 原子总数 相同、 价电子总数 相同的分子具有相似的 化学键特征 ，它们的许多性质是相近的。如 CO和N2 等。

【同步学习】

情景导入：N2与H2在常温下很难反应，必须在高温下才能发生反应，而F2与H2在冷暗处就能发生化学反应，为什么？要解决这个问题就要了解这些分子中共价键的构成和共价键的键参数。

第二课时 价层电子对互斥模型 等电子原理

[学习目标] 1.理解价层电子对互斥模型，学会用价层电子对互斥模型来判断分子或离子的立体构型。2.理解等电子原理及其应用。

自主学习区

一、价层电子对互斥模型

1.价层电子对互斥模型

分子中的价层电子对(包括□01成键电子对和□02孤电子对)由于□03相互排斥作用，而趋向尽可能彼此远离以减小斥力，分子尽可能采取对称的立体构型。

2.ABm型分子的价电子对计算方法

对于ABm型分子(A是中心原子，B是配位原子)，分子的价电子对数可以通过下式确定：

n＝中心原子的价电子数＋每个配位原子提供的价电子数×m2

其中，中心原子的价电子数等于□04中心原子的最外层电子数，配位原子中卤素原子、氢原子提供□051个价电子，氧原子和硫原子按不提供价电子计算。

二、等电子原理

1.等电子原理

具有□01相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有□02相同的结构特征。

2.等电子体

满足等电子原理的分子称为等电子体。

1.价层电子对互斥模型和分子的立体构型二者相同吗？

提示：不同。①价层电子对互斥模型指的是包括σ键电子对和孤电子对在内的空间构型；分子的立体构型指的是组成分子的所有原子(只考虑分子内的σ键)所形成的空间构型。

②若分子中没有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型一致；若分子中有孤电子对，价层电子对互斥模型和分子立体构型不一致。

2.为什么CH4、NH3、H2O的中心原子均为sp3杂化，但键角却分别为109.5°、107.3°、104.5°？

提示：因为CH4分子的中心原子碳原子上无孤电子对，4个σ键伸向正四面体的4个顶点，键角为109.5°，NH3分子中氮原子上有一对孤电子对，孤电子对对另外三个σ键产生排斥作用，使三个σ键的键角变小，同理，H2O分子中的氧原子上有2对孤电子对，对σ键排斥力更大，故键角更小。

教师点拨区

对应学生用书P048

一、价层电子对互斥模型与分子空间构型

教学实践2014-06

《四川省普通高中新课程教学基本要求（化学学科）》中对于“等电子体和等电子原理”有如下描述：（1）了解等电子原理；（2）结合实例说明“等电子体”具有相似的结构和性质。《2013年四川省普通高考考试说明（理科综合·化学）》中对“等电子原理”考点是这样描述的：了解“等电子原理”的含义。围绕这个考点设计的问题应该是很容易作答的，但学生实际作答时错误率极高，经分析发现关键在于对等电子体确定上缺乏方法，对等电子原理的理解不够深入，现就此类问题的分析方法作如下归纳。原子总数和价电子总数都相同的分子或离子（即等电子体）具有相似的化学键特征，它们的许多性质是相近的，这一原理称为等电子原理。如果仅从概念字面意义上出发去判断与A粒子互为等电子体的B粒子的化学式，往往感觉无从下手，或东拼西凑地试着写，也往往只注意从“价电子总数”或“原子总数”相同某一方面而错写。如，写CH4分子的等电子体时许多学生错写成NH3（忽略原子总数不同）、CCl4（忽略价电子总数不同）等，至于再稍复杂一些的，错的更多，实际体现为解决问题的方法上的欠缺。等电子体的判断一般可采取以下几种方法：一、同族元素互换法即将既定粒子中的某元素换成它的同族元素。如：l4的等电子体确定将C换成与它同族的IVA族元素有SiCl4、GeCl4等；将Cl换与它同族的VIIA族元素有CF4、CBr4、CI4、CFCl3……同时将C和Cl换成其同族元素可有SiF4、SiFCl3……2.CO2的等电子体确定将O换成与之同族的遇A族元素S有COS、CS2，注意不能将C原子换成与之同族的Si原子，因为SiO2为原子晶体，晶体中无单个SiO2分子。同理，不能将BeCl2的等电子体确定为MgCl2或BeF2，MgCl2和BeF2为离子晶体，晶体中无单个MgCl2和BeF2分子。3.SO2-4的等电子体确定将一个O原子换成与之同族的S原子得S2O2-3。4.对于原子晶体类也可作类似推导含相同原子数的金刚石（Cn）与晶体硅（Sin）互为等电子体。二、价电子迁移法即将原粒子中的某元素原子的价电子逐一转移给组成中的另一种元素的原子，相应原子的质子数也随之减少或增加，变换为具有相应质子数的元素。1.CO2的等电子体确定除了上述结果以外，还可以采用价电子迁移法：C、O原子的价电子数分别为4、6，而N原子价电子数为5，一个O原子拿一个电子给C原子，在电性不变的条件下，价电子数同时变为5，质子数同时变为7，则可换为两个N原子得N2O；如果将一个C原子的两个价电子转移给两个O原子，则一个C原子和两个Cl原子分别转换成为一个Be原子和两个Cl原子，就可以得到CO2的另一种等电子体BeCl2。同样可以判断：金刚石（C2n）与晶体硅（Si2n）的等电子体还可以为金刚砂（SiC）n、CaAs、AlP等；石墨（C2n）的等电子体可为白石墨（BN）n；无机苯B3N3H6的等电子体可为有机苯C6H6。2.离子之间的等电子体的确定与N-3的等电子体查找方法相同，可将两个N原子换为一个C原子和一个O原子可得CNO原。三、电子———电荷互换法即将既定粒子中的某原子的价电子转化为粒子所带的电荷。这种方法可实现分子与离子等电子体的互判。如，CN原的等电子体查找可用N原子一个电子换作一个负电荷，则N原子换为C原子，离子带两个负电荷，其等电子体即为C2原2；反之，将CN原的电荷转化为一个电子，该电子给C原子，即得N2，若给N原子即得CO。同样可判断HNO3的等电子体为HCO原3，ICl原4的等电子体为XeCl4。在具体问题分析时，通常几种方法同时应用，才能快速准确地做出判断和回答问题。现以几例说明（文中所用题目为高考或各地质量检测题，原题中与本文无关的内容均略去）。例题1.（2013江苏21）（12分）【选做题】A援［物质结构与性质］元素X位于第四周期，其基态原子的内层轨道全部排满电子，且最外层电子数为2。元素Y基态原子的3p轨道上有4个电子。元素Z的原子最外层电子数是其内层的3倍。（4）Y与Z可形成YZ2原4于写出一种与YZ2原4互为等电子体的分子的化学式。分析：由题意知，Y为S，Z为O，YZ2原4为SO2原4。至于SO2原4的等电子体的确定可采用上述电子———电荷互换法，即将2个负电荷去掉少了2个价电子，将4个O原子换成4个Cl原子多了4个价电子，再将那1个S原子换成1个C原子少2个价电子，这样成为CCl4就保持了原子总数和价电子总数不变，CCl4就是SO2原4的等电子体；再用上述的同族元素互换法将C换成Si得SiCl4，将Cl换成F成CF4或换成Br成CBr4，因此，SiCl4、CF4、CBr4也是SO2原4的等电子体。答案：CCl4、SiCl4、CF4、CBr4等任填一种。例题2.（2009年江苏化学·21A）（12分）生物质能是一种洁净、可再生的能源。生物质气（主要成分为CO、CO2、H2等）与H2混合，催化合成甲醇是生物质能利用的方法之一。（2）根据等电子原理，写出CO分子结构式。分析：根据等电子原理，等电子体具有相同的结构特征，要写CO分子的结构式，首先要找到CO的等电子体中已知结构式的物质，按照上述价电子迁移法，将C原子换成N原子多1个价电子，O原子换成N原子少1个价电子，能保持原子总数和价电子总数不变，CO的等电子体可为N2，而N2分子的结构式是我们熟悉的，仿照N2的结构式写出CO的结构式为CO（或C饮O）答案：CO（或

教学参考　

浅析“等电子原理’’及其应用　

张援，朱雅琴　（苏州市苏大附中，江苏苏州　２１５００６）　

摘要：简单回顾了等电子原理的发展过程。结合高中选修模块的教学实际，阐述了“等电子体”推导的一般方法。通过几　个具体案例，介绍了等电子原理的应用及注意事项。　关键词：等电子原理；等电子体；知识介绍；中学化学教学　文章编号：１００５—６６２９（２０１５）３—００７６—０４　中图分类号：Ｇ６３３．８　文献标识码：Ｂ　

１　“等电子原理”的发展回顾　

１９１９年美国化学家朗缪尔（Ｌａｎｇｍｕｉｒ）提出：　

原子总数、电子总数相同的分子，其结构相似，物　

理性质也相近，这是人们对等电子原理最初步的　

认识。比如ＣＯ和Ｎ’互为等电子体（２原子ｌ４电　

子），表１是它们的结构特征及某些物理性质的对　

比　．一－　

表１　ＣＯ分子和Ｎ　分子的某些性质　

分子　ＣＯ　Ｎ２　

熔点／℃　一２０５．０５　—２１０．０Ｏ　

沸点／℃　一１９１．４９　—１９５．８１　

液体密度　０．７９３　０．７６６　／ｇ。ｃｍ一　临界温度／ｃｃ　－１４０　－１４６　

临界压强／ＭＰａ　３．６　３．５　

在水中的溶解度　（室温）　２．３ｍＬ　１．６ｍＬ　

Ｃ　ｉ　０　Ｎ　ｉ　Ｎ　成键特点　（１个１３＂键２个耵键）　（１个仃键２个盯键）　分子离解能　／ｋＪ・ｍ０１～　１０７５　９４６　

经进一步研究发现，价电子更能广泛的概括　等电子原理的本质，因此等电子原理被修正为：‘具　

有相同的通式一—ＡＸｍ，且价电子总数相等的分　

子或离子具有相同的结构特征，这个原理称为‘等　

电子体原理’。ｐｌ’’比如ＣＯ，、ＣＳ，属于３原子１６价　

电子的等电子体，其空问构型均为直线型。现行几　

个版本的普通高中课程标准实验教科书“物质结　

构与性质”模块教材中给出的也都是这个主流的　

等电子原理概念。如苏教版教材中的描述是‘具有　

相同价电子数和相同原子数的分子或离子具有相　

７６　与氰分子（Ｎ—ｃ—Ｃ；Ｎ）；苯（０）与吡啶（　）