第04讲 等电子体的推断（重难点讲义）化学苏教版选择性必修2

本讲义聚焦高中化学等电子体的推断，系统梳理等电子体的核心判定标准（原子总数、价电子总数相同），通过N₂与CO的实例引出等电子原理，详解竖换（同族替换）、横换（左右移位）的寻找方法，分类汇总常见等电子体组合及其空间构型、化学键特征，构建从概念到应用的学习支架。 资料特色在于以表格对比（如N₂和CO的性质表）直观呈现等电子体性质规律，体现“结构决定性质”的化学观念；典例与变式训练（如等电子体判断、书写、应用题）引导学生运用归纳、推理的科学思维建构模型；结合工业制备（硫代硫酸钠）和晶体分析的巩固题，提升科学探究与实践能力。课中辅助教师系统授课，课后助力学生通过分层练习查漏补缺。

第04讲 等电子体的推断 1、掌握等电子体核心判定标准（原子总数相同、价电子总数相同），熟练计算分子/离子的价电子数。 2、熟记常见等电子体组合（如CO₂与N₂O、SO₄²⁻与PO₄³⁻），能快速匹配同类等电子体。 3、依托等电子体原理，推导未知粒子的空间构型、化学键类型等结构与性质。 一、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： 相同， 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、等电子体的寻找方法： 相同、 相同的粒子互为等电子体，根据等电子体定义，寻找等电子体的常用方法就是换 ①技巧一(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方法二(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CO的等电子体为例 COCN—，CN—C22— CON2 二、常见的等电子体分类汇总 建立“微粒组→价电子数→空间构型”的关联模型，是快速推断和应用的基础。 原子数-价电子数 典型等电子体 空间构型 化学键特征 2原子10电子 N2、CO、CN⁻、C22-、NO+ 直线形 1个σ键、1个或2个π键（如N₂为三键） 3原子16电子 CO2、NO2+、SCN-、CS2 直线形 中心原子sp杂化，含两个双键或σ+π键 3原子18电子 NO2-、O3、SO2 V形（角形） 中心原子sp²杂化，含1个孤电子对 4原子24电子 SO3、CO32-、NO3-、BF3 平面三角形 中心原子sp²杂化，无孤电子对，含大π键 4原子26电子 SO32-、PO33-、ClO3- 三角锥形 中心原子sp³杂化，含1个孤电子对 5原子32电子 CCl4、SiF4、SO42-、PO43- 正四面体形 中心原子sp³杂化，无孤电子对 题型01 等电子体的判断 【典例】等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。 等电子体类型 代表物质 空间构型 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形 试回答下列问题： (1)下面物质分子或离子的空间构型： ， ， 。 (2)由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有 。 (3)和 是等电子体，离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是 ，价电子构型为 。 (4)HN3称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。的空间构型是 ，与互为等电子体的分子的化学式为 (写一种)。的电子式为 。 (5)已知H3B·NH3在一定条件下可逐步释放出氢气最终转化为氮化硼，因此可作为储氢材料。H3B·NH3的等电子体的化学式为 。 【变式】CaCN2中阴离子为，与互为等电子体的分子有N2O和 (填化学式)，由此可以推知的立体构型为 。 题型02 等电子体的书写 【典例】写出下列符合题意的化学式： (1)与H2O分子互为等电子体的阴离子为 。 (2)与NH3BH3原子总数相等的等电子体是 (写分子式)。 (3)与互为等电子体的一种分子为 。 (4)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为 。 (5)与互为等电子体的分子为 。 【变式】以氧化锌矿物为原料，提取锌的过程中涉及反应：。原子数目和价电子总数都相等的分子或离子互为等电子体，等电子体具有相似的空间构型。下列分子或离子与互为等电子体的是 A．CH4 B．SiH4 C． D．CS2 题型03 等电子体的应用 【典例】硫代硫酸钠是一种重要的化工原料，某研究小组采用如下流程制备。 已知：i.淀粉分子能与形成较稳定的包合物。 ii.易溶于水，难溶于乙醇；的、。 iii.在以上会逐渐失去结晶水，空气中受热易被氧化。 请回答： (1)的空间构型为 。 (2)溶液的最接近于______。 A．6 B．8 C．10 D．12 (3)步骤IV中的干燥装置如图，抽气的作用是 。 (4)下列说法正确的是______。 A．步骤I中，判断反应结束的实验现象是硫磺粉末完全消失 B．步骤I中将乙醇换成后反应速率更快 C．步骤II采用趁热过滤可减少过滤过程中产品析出 D．步骤III浓缩过程时温度不能过高 (5)纯度测定：称取粗产品0.8000 g置于小烧杯中，加入少量碳酸钠，用煮沸冷却后的去离子水溶解并稀释至。准确移取溶液于碘量瓶中，加入过量硫酸酸化的KI溶液，加盖摇匀，在暗处放置读数。 已知滴定过程中发生反应： ①从下列选项中选择合适的操作补全测定步骤 。 a.加入适量淀粉溶液 b.补加溶液至反应完全 c.立即用溶液滴定至浅黄色 d.继续滴加溶液至蓝色恰好消失，且30 s不变色 e.继续滴加溶液至恰好出现蓝色，且30 s不变色 ②测定纯度偏低，产品含有的主要杂质是 。 【变式】最近，我国某高校一研究小组将0.383 g AgCl，0.160 g Se和0.21 g NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中加热到115℃，10小时后冷至室温，用水洗净可溶物后，得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察，发现A的单晶竟是六角微型管(如下图所示)，有望开发为特殊材料。现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成，Se的质量几近原料的2/3；A的理论产量约0.39 g。(已知、) (1)写出合成A的化学方程式 。 (2)溶于水的物质有： 。 (3)A能溶于浓硫酸中，生成一种微溶于水的白色固体和三种氧化物。其中两种氧化物是等电子体。该化学反应方程式为： 。 (4)A也能在有足够空气存在的情况下与纯碱反应生成Ag单质，同时也有一种钠盐生成，该钠盐能在空气中继续反应生成另一种钠盐，该过程中的化学反应方程式为： 、 。 【巩固训练】 1．青金石的颜色与骨架内填入的负离子有关，其中一种重要负离子是三硫自由基负离子。研究表明，三硫自由基负离子(Ⅱ)可以通过多硫负离子(Ⅰ)在高温下的均裂反应得到，并最终可能异构化为另一种S的异构体(Ⅲ)，过程如图： (等电子体：化学通式相同，如AXm，且价电子总数相等的分子或离子，它们具有相同的化学键类型和空间结构) (1)关于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质，下列说法正确的有___________。 A．Ⅱ中的S原子最外层都满足8电子稳定结构 B．Ⅰ中的S-S键都是σ键 C．与Ⅱ互为等电子体 D．Ⅲ中的S均为sp3杂化 (2)研究发现，正离子的颜色与未成对电子数有关，如d轨道上未成对电子可被可见光激发而产生颜色。解释Cu2+、Fe2+、Fe3+有色而Cu+呈无色的原因。 。 2．第ⅢA族元素具有独特且多样的性质。请回答： (1)镓(Ga)是第一个根据元素周期律预言并确认在自然界中存在的元素。 ①请写出基态Ga原子的简化电子排布式： 。 ②是一种离子化合物，其中阴离子与互为等电子体(原子数相同，且价电子数也相同的分子、离子或原子团互为等电子体)，则中含有的阴离子为 。 (2)一种由硼、镍两种元素构成的催化剂的晶体结构如图所示。该催化剂的化学式为 ，其中B周围最近的Ni的个数为 。 (3)硼酸(H3BO3，)是一种重要的化工原料。工业上，以硼镁矿(含、及少量、CaO)为原料联合生产硼酸和硫酸镁的部分工艺流程如下： ①下浸取硼镁矿时生成，请写出发生的主要离子反应方程式： 。 ②除外，滤渣1中的主要成分为 ；调节pH时应加入的试剂为 。 ③纯净的硼酸是一种片层状晶体，其部分单层结构如下图所示。下列说法中正确的是 。 A．硼酸晶体属于共价晶体 B．晶体中约含有3mol氢键 C．单个硼酸分子中，的键角小于的键角 D．硼酸晶体具有一定的润滑性，在工业上可用作润滑剂 3．等电子原理观点认为化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。下列利用该原理做出的判断正确的是 A．的空间结构与相同 B．和的空间结构均为直线型 C．和中的C原子均采用杂化 D．和中均有 4．V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠，已知空间构型与相同。 (1)中心原子价层孤电子对数目为_______。 A．0 B．1 C．2 D．3 (2)短周期元素形成的各微粒中，与空间构型相同的微粒有 (任写一种)。 5．回答下列问题： (1)基态某原子的最外层电子排布式是，推断该元素位于元素周期表中的位置 ，在元素周期表中属于 区； (2)基态Cr原子的简化电子排布式为 ；基态P原子核外有 种能量不同的电子； (3)杂化类型为 ，离子空间构型为 ； (4)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最低的是___________(填选项)； A． B． C． D． (5)氰酸(HCNO)是一元弱酸，与氰酸根互为等电子体且为非极性分子的是 (填化学式)； (6)分子中大键可以用(m表示参与形成大键的轨道数，n表示形成大键的p电子数目)表示，分子中存在，分子呈V形，中心原子是 ，其杂化方式是 。 6．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。回答下列问题： (1)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和 。 (2)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如下表： N—N N≡N P—P P≡P 193 946 197 489 从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示)形式存在的原因是 。 (3)已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2中P采取 杂化方式。 (4)与等电子体的分子为 (写分子式)。 (5)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸。如： 如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为 。 (6)分别用○、●表示和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。 7．X、Y、Z、W、Q、R是元素周期表前36号中原子序数依次递增的元素(不考虑稀有气体)。X元素的基态原子有3个不同的能级，各能级中的电子数相等。工业上通过分离液态空气获得Z单质。WZ2常用于自来水消毒。Q元素为过渡金属，其基态原子的价电子中，两种不同自旋状态的电子数之比为1:4。R元素的基态原子的最外能层只有一对电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题： (1)基态X原子的核外电子占据 个不同原子轨道。 (2)Q的价电子排布式为 。 (3)R元素位于元素周期表中的 区。基态R原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 ，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。 (4)由短周期元素组成的微粒，原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，具有相似的结构特征。与互为等电子体的分子有 (任写一种)。 (5)已知元素的电负性：Y>W，则Y与W形成的化合物的空间结构为 ，与水发生水解反应的化学方程式为 。 (6)过渡金属配合物常满足“18电子规则”，即中心原子的价电子数加上配体提供的电子数之和等于18，由XZ和作为配体形成的Q的配合物满足“18电子规则”，其配体“”中的大键可表示为 (已知中的大键表示为)。 8．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，可互称为等电子体。等电子体的空间结构相似。根据上述原理，下列各组粒子中，空间结构不相似的是 A．和 B．和 C．和 D．和 9．写出下列微粒的等电子体 (1)和是等电子体的阴离子有 、阳离子有 。 (2)和是等电子体的阴离子是 。 (3)和是等电子体的分子有 ，阴离子有 ，阳离子有 。 (4)和是等电子体的阴离子是 。 (5)和是等电子体的阳离子是 ，与NH互为等电子体的一种分子为 ，与NH互为等电子体的一种分子为 。 (6)和是等电子体的阴离子是 。 (7)和是等电子体的阴离子是 。 (8)和是等电子体的阳离子是 。 (9)和是等电子体的阴离子是 。 10．一种物质的结构如图所示，下列说法正确的是 A．如图物质中N原子的杂化类型为： B．如图物质中键和键个数比为7：1 C．与互为等电子体，中含有的键数目为 D．该物质中含有手性碳原子，为手性分子 【强化训练】 1．按要求回答问题。 (1)具有相同的通式：，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，的中心原子的价电子数为 。 (2)等微粒具有相同的通式： ，它们的价电子总数都是 ，因此它们与由ⅥA族两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，中心原子的价层电子对数为 。 (3)已知是一种弱酸，其在水溶液中的电离方程式为，与互为等电子体的一种分子为 ，离子的中心原子的杂化类型为 杂化。 (4)的中心原子杂化类型是 杂化；的空间结构是 ；与互为等电子体的分子有 (任写一种)。 2．原子数相同且价电子总数相等的微粒叫等电子体，下列不属于等电子体的是 A．和 B．和 C．与 D．和 3．硫氰化亚铜（）在国民经济和科研领域应用广泛，可利用氯化铜溶液或脱硫废液制得。 Ⅰ．利用氯化铜溶液制备硫氰化亚铜 第一步：在和盐酸的混合溶液中加入铜粉生成稳定的配合物； 第二步：加入溶液，将转化为沉淀。 (1)第一步反应的离子方程式为 。 (2)中σ键和π键的个数比为 。 (3)测定样品的纯度。准确称取0.2500g硫氰化亚铜样品，加入溶液处理后，过滤得到含待测液，将待测液总体积的转移至锥形瓶中，滴加稀硝酸酸化，加入10.00mL0.1000溶液，以作指示剂，用0.04000标准溶液滴定至终点，平行滴定3次，平均消耗标准溶液20.00mL。 已知：（白色）。 ①滴定终点观察到的现象为 。 ②计算样品中的纯度 。（写出计算过程） Ⅱ．利用脱硫废液制备硫氰化亚铜 将脱硫废液[主要含、]与溶液混合，调节溶液pH=1~3，反应生成沉淀和连四硫酸铵等物质。 (4)已知：的结构式为。结构中存在两种不同环境的S原子，不存在键和键。的结构式可表示为 。 (5)控制其他条件不变，的纯度及产率随pH的变化如题图所示。当溶液时，随pH降低的纯度及产率均降低的原因是 。 4．氮、磷、硫及其化合物的用途广泛。回答下列问题： (1)下列四种N原子的电子排布图表示的状态中，能量由低到高的顺序是 (填字母)。 A．    B． C．     D． (2)羟胺(NH2OH)可看成氨分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物，分子中N原子的杂化形式为 。羟胺易溶于水，其主要原因是 。 (3)氮、磷、硫三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)，氮气分子中σ键与π键的数目之比为 ，氮、磷、砷三种元素的简单氢化物的沸点由高到低的顺序为 (用化学式表示)。 中国海军航母建设正在有计划、有步骤地向前推进，第一艘国产航母目前正在进行海试。建造航母需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击，航母的甲板要耐高温，航母的外壳要耐腐蚀。 (4)镍铬钢抗腐蚀性能强，Ni2＋的核外电子排布式为 。 (5)航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷，结构如图1所示，其中C原子的杂化方式为 杂化，在有机物中C原子间可以形成双键，而硅烷中Si原子间难以形成双键的原因是 。        图1 (6)海洋是元素的摇篮，海水中含有大量卤族元素。 ①根据下表数据判断：最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是 (填元素符号)。 氟 氯 溴 碘 第一电离能/(kJ·mol-1) 1681 1251 1140 1008 ②根据价层电子对互斥理论，预测ClO的立体构型为 形，写出一个与ClO是等电子体的化学符号 。 5．N、O、S、Cl、Cu五种元素的单质及其化合物在现代工业生产中有着广泛应用。请回答下列问题： (1)第一电离能：N （填“>”或“<”）O。 (2)前四周期元素中，未成对电子数为5的元素有 种。 (3)分子中的大π键可用符号表示，其 中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为），则平面正三角形分子SO3中的大π键应表示为 。 (4)含有N元素的三甲胺和乙二胺均属于胺，但三甲胺比乙二胺的沸点低得多，原因是 。 (5)与互为等电子体的微粒有 （任写一种）。 6．等电子原理。 (1)含义： 相同、 相同的 互为等电子体。 (2)内容：化学通式相同且 相等的分子或离子具有相同的 和 等结构特征。 (3)特点：等电子体具有相似的 特征(立体结构和化学键类型)及 的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 (4)等电子原理的应用：利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的 构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是 杂化，都是 形结构。 (5)确定等电子体的方法：同主族 或同周期 元素替换，交换过程中注意 变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变 序号 方法 示例 1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同) 交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO2 2 横换：换 主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO 3 可以将分子变换为 ，也可以将离子变换为 与、CH4与；CO与 如：；又如： 7．按要求完成下列问题： (1)与CO互为等电子体的分子是 。 (2)与互为等电子体的一种分子是 (填化学式)。 (3)写出2种与互为等电子体的分子的化学式 。 (4)写出与互为等电子体的一种阴离子的化学式 。 (5)与互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。 8．石灰氮是一种氮素肥效长的固态肥料，同时也是一种低毒、无残留的农药。工业上合成方法之一为。回答下列问题： (1)已知和C同主族，的原子序数为50，基态原子的价层电子排布图为 ，与同周期未成对电子数最多的元素是 (填元素符号)。 (2)基态N原子核外有 种不同运动状态的电子，有 种不同能量的电子； (3)下列属于氮原子激发态的电子排布式有_______。(填字母序号) A． B． C． D． (4)上述制备反应中生成物分子中键和键个数比为为 。 (5)已知等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征，其性质相近。这样的粒子互称为等电子体，例如和互为等电子体，请写出的电子式： 。 9．为探究类卤离子SCN-与Fe2+的还原性强弱，某同学进行了如下实验： ①分别配制0.10mol/L的KSCN溶液、FeSO4溶液； ②向0.10mol/L的KSCN溶液中滴加酸性KMnO4溶液，酸性KMnO4溶液褪色； ③向0.10mol/L的FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，酸性KMnO4溶液褪色； ④向等体积浓度均为0.10mol/L的KSCN和FeSO4混合溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液先变红后褪色。 下列说法正确的是 A．实验①中 KSCN中含有的SCN-离子构型为直线形 B．实验②中MnO将SCN-还原为(SCN)2 C．实验③中反应的离子方程式为MnO+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O D．实验④说明还原性：SCN->Fe2+ 10．采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe(CO)5]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。请回答下列问题： (1)[Fe(CO)5]中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式： 。 (2)与CO互为等电子体的分子和离子分别为 和 (各举一种即可，填化学式)，CO分子的电子式为 ，CO分子的结构式可表示成 。 (3)在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有 ，CH3OH的熔、沸点比CH4高，其主要原因是 。 / 学科网（北京）股份有限公司 $ 第04讲 等电子体的推断 1、掌握等电子体核心判定标准（原子总数相同、价电子总数相同），熟练计算分子/离子的价电子数。 2、熟记常见等电子体组合（如CO₂与N₂O、SO₄²⁻与PO₄³⁻），能快速匹配同类等电子体。 3、依托等电子体原理，推导未知粒子的空间构型、化学键类型等结构与性质。 一、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、等电子体的寻找方法：原子总数相同、价电子总数相同的粒子互为等电子体，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技巧一(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方法二(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CO的等电子体为例 COCN—，CN—C22— CON2 二、常见的等电子体分类汇总 建立“微粒组→价电子数→空间构型”的关联模型，是快速推断和应用的基础。 原子数-价电子数 典型等电子体 空间构型 化学键特征 2原子10电子 N2、CO、CN⁻、C22-、NO+ 直线形 1个σ键、1个或2个π键（如N₂为三键） 3原子16电子 CO2、NO2+、SCN-、CS2 直线形 中心原子sp杂化，含两个双键或σ+π键 3原子18电子 NO2-、O3、SO2 V形（角形） 中心原子sp²杂化，含1个孤电子对 4原子24电子 SO3、CO32-、NO3-、BF3 平面三角形 中心原子sp²杂化，无孤电子对，含大π键 4原子26电子 SO32-、PO33-、ClO3- 三角锥形 中心原子sp³杂化，含1个孤电子对 5原子32电子 CCl4、SiF4、SO42-、PO43- 正四面体形 中心原子sp³杂化，无孤电子对 题型01 等电子体的判断 【典例】等电子体的结构相似、物理性质相近，称为等电子原理。如N2和CO为等电子体。下表为部分元素等电子体分类、空间构型表。 等电子体类型 代表物质 空间构型 四原子24电子等电子体 SO3 平面三角形 四原子26电子等电子体 三角锥形 五原子32电子等电子体 CCl4 四面体形 试回答下列问题： (1)下面物质分子或离子的空间构型： ， ， 。 (2)由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有 。 (3)和 是等电子体，离子具有较强的还原性，它能使酸性KMnO4溶液褪色，Mn原子在元素周期表中的位置是 ，价电子构型为 。 (4)HN3称为叠氮酸，常温下为无色有刺激性气味的液体。的空间构型是 ，与互为等电子体的分子的化学式为 (写一种)。的电子式为 。 (5)已知H3B·NH3在一定条件下可逐步释放出氢气最终转化为氮化硼，因此可作为储氢材料。H3B·NH3的等电子体的化学式为 。 【答案】(1)三角锥形 平面三角形 四面体形 (2) (3)N2O4 第四周期第ⅦB族 3d54s2 (4)直线形 CO2或N2O、CS2     (5)C2H6 【详解】（1）互为等电子体的物质结构相似，与为四原子26电子体，所以其结构与相似，为三角锥形；为四原子24电子体，与SO3的结构相似，为平面三角形；五原子32电子等电子体，与CCl4的结构相似，为四面体形，故答案为三角锥形；平面三角形；四面体形； （2）F2为双原子18电子体，所以由第二周期元素组成，与F2互为等电子体的离子有，故答案为。 （3）用N原子替换中的C的原子可得等电子体N2O4，二者原子总数均为6，价电子总数均为34，互为等电子体；Mn的原子序数为25，Mn位于第四周期第ⅦB族，价电子排布式为3d54s2， 故答案为N2O4；第四周期第ⅦB族；3d54s2。 （4）CO与N2互为等电子体，用CO替换N2，用O替换N-，可知与CO2互为等电子体，结构相似，CO2空间构型为直线形，故的空间构型是直线形；用S替换CO2中的2个O原子可得等电子体CS2，用N2替换CO2中的CO可得等电子体N2O，故与互为等电子体的分子有CO2、N2O、CS2；用O替换中的N-，可知H2O与互为等电子体，所以的电子式为 ；故答案为直线形；CO2或N2O、CS2；。 （5）BN与C2电子数相同，所以用C2替换BN可得H3B·NH3的等电子体C2H6，故答案为C2H6。 【变式】CaCN2中阴离子为，与互为等电子体的分子有N2O和 (填化学式)，由此可以推知的立体构型为 。 【答案】 CO2 直线形 【分析】原子总数相同、价层电子总数相同的微粒互称为等电子体； 【详解】将 中的N向右移一个，则为O，离子带两个负电荷，则要移2个N原子为O原子，即为CO2，因为 CO2是直线形，根据等电子体原理知，两者的空间构型和电子式均相似，则为直线形。 题型02 等电子体的书写 【典例】写出下列符合题意的化学式： (1)与H2O分子互为等电子体的阴离子为 。 (2)与NH3BH3原子总数相等的等电子体是 (写分子式)。 (3)与互为等电子体的一种分子为 。 (4)与O3分子互为等电子体的一种阴离子为 。 (5)与互为等电子体的分子为 。 【答案】(1) (2)CH3CH3 (3)CH4或SiH4 (4) (5)CCl4 【分析】原子总数相同、价层电子总数相同的微粒互称为等电子体； 【详解】（1）与H2O分子互为等电子体的阴离子为； （2）与NH3BH3原子总数相等的等电子体是CH3CH3； （3）与互为等电子体的一种分子为CH4或SiH4； （4）与O3分子互为等电子体的一种阴离子为； （5）与互为等电子体的分子为CCl4。 【变式】以氧化锌矿物为原料，提取锌的过程中涉及反应：。原子数目和价电子总数都相等的分子或离子互为等电子体，等电子体具有相似的空间构型。下列分子或离子与互为等电子体的是 A．CH4 B．SiH4 C． D．CS2 【答案】AB 【分析】原子数目和价电子总数都相等的分子或离子互为等电子体，的原子个数为5，价电子总数为8（），故与互为等电子体需含原子个数为5，价电子总数为8。 【详解】A．CH4的原子数目为5，价电子总数8（），A符合题意； B．SiH4的原子数目为5，价电子总数8（），B符合题意； C．的原子数目为4，价电子总数为24（），C不符合题意； D．CS2的原子数目为3，价电子总数为16（），D不符合题意；故选AB。 题型03 等电子体的应用 【典例】硫代硫酸钠是一种重要的化工原料，某研究小组采用如下流程制备。 已知：i.淀粉分子能与形成较稳定的包合物。 ii.易溶于水，难溶于乙醇；的、。 iii.在以上会逐渐失去结晶水，空气中受热易被氧化。 请回答： (1)的空间构型为 。 (2)溶液的最接近于______。 A．6 B．8 C．10 D．12 (3)步骤IV中的干燥装置如图，抽气的作用是 。 (4)下列说法正确的是______。 A．步骤I中，判断反应结束的实验现象是硫磺粉末完全消失 B．步骤I中将乙醇换成后反应速率更快 C．步骤II采用趁热过滤可减少过滤过程中产品析出 D．步骤III浓缩过程时温度不能过高 (5)纯度测定：称取粗产品0.8000 g置于小烧杯中，加入少量碳酸钠，用煮沸冷却后的去离子水溶解并稀释至。准确移取溶液于碘量瓶中，加入过量硫酸酸化的KI溶液，加盖摇匀，在暗处放置读数。 已知滴定过程中发生反应： ①从下列选项中选择合适的操作补全测定步骤 。 a.加入适量淀粉溶液 b.补加溶液至反应完全 c.立即用溶液滴定至浅黄色 d.继续滴加溶液至蓝色恰好消失，且30 s不变色 e.继续滴加溶液至恰好出现蓝色，且30 s不变色 ②测定纯度偏低，产品含有的主要杂质是 。 【答案】(1)四面体形 (2)C (3)减压，快速干燥；防氧化等 (4)CD (5) cad 【详解】（1）硫代硫酸根离子中中心硫原子的价层电子对数为：4+(6-2-2×3+2) ×=4，孤对电子对数为：(6-2-2×3+2) ×=0，则离子的空间结构为四面体形； （2）亚硫酸根离子的水解常数Kh==≈1.7×10—7，则0.1mol/L亚硫酸钠溶液中氢氧根离子浓度约为：=×10—4mol/L，则溶液pH为：14-4-lg≈10，故选C； （3）由题给信息可知，五水硫代硫酸钠晶体在48℃以上会逐渐失去结晶水，空气中受热易被氧化，而抽气可以使干燥器中压强减小，降低干燥温度，同时减少晶体与空气的接触，有利于防止晶体被氧化和失去结晶水； （4）A．硫与亚硫酸钠溶液反应的化学方程式为：S+Na2SO3= Na2S2O3，由题意可知，硫的物质的量为：=0.125mol，亚硫酸钠的物质的量为：0.1mol/L×0.15L=0.015mol，则由方程式可知，反应结束时硫过量，不可能完全消失，A错误； B．二硫化碳不溶于水，而乙醇溶于水，所以步骤I中将乙醇换成二硫化碳，会使溶液中硫与硫代硫酸钠溶液的接触面积减小，反应速率减慢，B错误； C．步骤II采用趁热过滤可以防止因硫代硫酸钠溶解度降低而减少过滤过程中产品析出，导致五水硫代硫酸钠晶体的产率降低，C正确； D．由题给信息可知，五水硫代硫酸钠晶体在48℃以上会逐渐失去结晶水，所以步骤III加热浓缩时，温度不能过高，否则会五水硫代硫酸钠晶体失去结晶水，导致产品不纯，D正确； 故选CD； （5）由题意可知，测定过程涉及的反应为：KBrO3 + 6KI + 3H2SO4=KBr + 3K2SO4 + 3I2 + 3H2O，，设滴定消耗硫代硫酸钠溶液VmL，由方程式可得：KBrO3-3I2-6Na2S2O3，则产品纯度的计算式为：； ①由题给信息可知，淀粉分子能与碘形成较稳定的包合物，为防止滴定过程中淀粉与碘形成较稳定的包合物使得消耗硫代硫酸钠溶液体积偏小，导致滴定结果偏低，滴定时应先加入硫代硫酸钠溶液，降低溶液中碘的浓度，然后再加入适量淀粉溶液作指示剂，则滴定的具体操作为：立即用硫代硫酸钠溶液滴定至浅黄色后，再加入适量淀粉溶液做指示剂，然后继续滴加硫代硫酸钠溶液至蓝色恰好消失，且30 s不变色，最后读数，所以需要补充的测定步骤为cad； ②由题给信息可知，五水硫代硫酸钠晶体在48℃以上会逐渐失去结晶水，空气中受热易被氧化生成硫酸钠，若产品中含有无水硫代硫酸钠或部分失去结晶水的硫代硫酸钠杂质，滴定时消耗硫代硫酸钠溶液的体积会偏小，导致测定结果偏高，所以测定纯度偏低说明产品中含有不能与碘溶液反应的硫酸钠杂质，使得滴定消耗硫代硫酸钠溶液体积偏大，导致测定结果偏低。 【变式】最近，我国某高校一研究小组将0.383 g AgCl，0.160 g Se和0.21 g NaOH装入充满蒸馏水的反应釜中加热到115℃，10小时后冷至室温，用水洗净可溶物后，得到难溶于水的金属色晶体A。在显微镜下观察，发现A的单晶竟是六角微型管(如下图所示)，有望开发为特殊材料。现代物理方法证实A由银和硒两种元素组成，Se的质量几近原料的2/3；A的理论产量约0.39 g。(已知、) (1)写出合成A的化学方程式 。 (2)溶于水的物质有： 。 (3)A能溶于浓硫酸中，生成一种微溶于水的白色固体和三种氧化物。其中两种氧化物是等电子体。该化学反应方程式为： 。 (4)A也能在有足够空气存在的情况下与纯碱反应生成Ag单质，同时也有一种钠盐生成，该钠盐能在空气中继续反应生成另一种钠盐，该过程中的化学反应方程式为： 、 。 【答案】(1) (2)、、、 (3) (4) 【详解】（1）由题给信息可知，A由银和硒两种元素组成，所以两种元素的物质的量之比即为组成之比。A中Se的物质的量为，Ag的物质的量为，：=1:2，因此A的化学式为。Se与S同族，所以Se在碱性溶液中发生歧化反应生成和，因此合成A的化学方程式为； （2）由小问1详解可知，溶于水的物质有、、、； （3）溶于浓硫酸中，生成一种微溶于水的白色固体和三种氧化物（和）其中属于等电子体，即化学方程式为； （4）在有足够空气存在的情况下与纯碱反应生成Ag单质和，反应方程式为；在空气中继续被氧化生成，反应方程式为。 【巩固训练】 1．青金石的颜色与骨架内填入的负离子有关，其中一种重要负离子是三硫自由基负离子。研究表明，三硫自由基负离子(Ⅱ)可以通过多硫负离子(Ⅰ)在高温下的均裂反应得到，并最终可能异构化为另一种S的异构体(Ⅲ)，过程如图： (等电子体：化学通式相同，如AXm，且价电子总数相等的分子或离子，它们具有相同的化学键类型和空间结构) (1)关于Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种物质，下列说法正确的有___________。 A．Ⅱ中的S原子最外层都满足8电子稳定结构 B．Ⅰ中的S-S键都是σ键 C．与Ⅱ互为等电子体 D．Ⅲ中的S均为sp3杂化 (2)研究发现，正离子的颜色与未成对电子数有关，如d轨道上未成对电子可被可见光激发而产生颜色。解释Cu2+、Fe2+、Fe3+有色而Cu+呈无色的原因。 。 【答案】(1)BC (2)Cu+的价电子排布式为3d10，d轨道上没有未成对电子，不能被可见光激发，所以呈无色；Cu2+、Fe2+、Fe3+的价电子排布式分别为3d9、3d6、3d5，d轨道上分别有1个、4个、5个未成对电子，这些未成对电子可被可见光激发而产生颜色 【详解】（1）A. Ⅱ为三硫自由基负离子，中心S原子存在未成对电子，其最外层不满足8电子稳定结构，A不正确； B. Ⅰ中的S-S键都是单键，都是σ键，B正确； C. 与Ⅱ的原子个数都为3，价电子数都为6×3+1=19，二者互为等电子体，C正确； D. Ⅲ中的左右两个S原子、两个中心S原子，价层电子对数均为4，均发生sp3杂化，上下两个S原子，有对电子的p轨道向中心S原子的d轨道配位形成d-pπ配键，故中心S原子与端基S原子构成S=S双键，上下两个S原子发生sp2杂化，D不正确； 故选BC。 （2）研究发现，正离子的颜色与未成对电子数有关，如d轨道上未成对电子可被可见光激发而产生颜色。通过分析Cu+、Cu2+、Fe2+、Fe3+的价电子排布情况，可判断其价电子层是否存在未成对电子，从而解释Cu2+、Fe2+、Fe3+有色而Cu+呈无色，其原因：Cu+的价电子排布式为3d10，d轨道上没有未成对电子，不能被可见光激发，所以呈无色；Cu2+、Fe2+、Fe3+的价电子排布式分别为3d9、3d6、3d5，d轨道上分别有1个、4个、5个未成对电子，这些未成对电子可被可见光激发而产生颜色。 2．第ⅢA族元素具有独特且多样的性质。请回答： (1)镓(Ga)是第一个根据元素周期律预言并确认在自然界中存在的元素。 ①请写出基态Ga原子的简化电子排布式： 。 ②是一种离子化合物，其中阴离子与互为等电子体(原子数相同，且价电子数也相同的分子、离子或原子团互为等电子体)，则中含有的阴离子为 。 (2)一种由硼、镍两种元素构成的催化剂的晶体结构如图所示。该催化剂的化学式为 ，其中B周围最近的Ni的个数为 。 (3)硼酸(H3BO3，)是一种重要的化工原料。工业上，以硼镁矿(含、及少量、CaO)为原料联合生产硼酸和硫酸镁的部分工艺流程如下： ①下浸取硼镁矿时生成，请写出发生的主要离子反应方程式： 。 ②除外，滤渣1中的主要成分为 ；调节pH时应加入的试剂为 。 ③纯净的硼酸是一种片层状晶体，其部分单层结构如下图所示。下列说法中正确的是 。 A．硼酸晶体属于共价晶体 B．晶体中约含有3mol氢键 C．单个硼酸分子中，的键角小于的键角 D．硼酸晶体具有一定的润滑性，在工业上可用作润滑剂 【答案】(1) (2) 8 (3) 和 硫酸 BD 【分析】用硫酸铵溶液浸去硼镁矿，与不溶形成沉淀，与CaO反应生成形成沉淀，与反应生成镁盐，有气体生成为氨气；过滤除去沉淀；有硫酸镁母液，所以调节pH用的是硫酸，生成硫酸镁和硼酸，过滤得到粗硼酸。 【详解】（1）①镓是31号元素，第四周期第IIIA族，核外电子排布； ②中阴离子与互为等电子体，则阴离子中原子数为5，的价电子数为4+4×7=32，Ga有3个价电子，3+4×7=31，价电子比的少一个，阴离子带一个单位负电荷，故阴离子为 （2）1个晶胞中有8个Ni，B原子有8个位于顶点，2个位于面心，4个位于棱心，1个位于体心，个数是，则化学式为；Ni在体对角线的四分之一处，面心B周围最近的Ni位于上下两层，每层各4个，共有8个。 （3）①下浸取硼镁矿时生成，根据分析可知，离子反应方程式为； ②根据分析可知，滤渣1的成分为、和；根据分析可知，调pH用的是硫酸； ③A．根据结构图可知硼酸是分子晶体，分子间以氢键结合，A错误； B．1个硼酸分子中有3个H和O，每个H和O各形成1个氢键，每个氢键被2个分子共享，则氢键的个数为，则1mol硼酸有3mol氢键，B正确； C．硼酸是层状结构，根据结构图可知，单个硼酸分子中，B是杂化，平面结构，O为杂化，O−B−O的键角大于B−O−H的键角，C错误； D．硼酸是层状结构，层和层之间可以滑动，具有润滑性，可以做润滑剂，D正确。 故选BD。 3．等电子原理观点认为化学通式相同且价电子总数相等的分子或离子具有相同的空间结构和相同的化学键类型等结构特征。下列利用该原理做出的判断正确的是 A．的空间结构与相同 B．和的空间结构均为直线型 C．和中的C原子均采用杂化 D．和中均有 【答案】BD 【详解】A．不是等电子体。价电子总数 ：；价电子总数： ，价电子总数不等，且空间结构不同：为三角锥形，为平面三角形，A错误； B．和 二氧化碳是等电子体，价电子总数：；CO2价电子总数：，价电子总数相等，化学通式均为 AB2型。等电子原理预测二者空间结构相同，均为直线形，B正确； C．甲烷和 四氯化碳不是等电子体。CH4价电子总数： ；CCl4价电子总数： 。价电子总数不等。虽然二者中C原子均采用杂化，但这一结论不是基于等电子原理，C错误； D．价电子总数：每个O有6个价电子，所以价电子是，O3的中心O原子提供1个p轨道，两端O原子各提供1个p轨道和1个电子，形成；价电子总数：个，SO2的中心S原子提供1个p轨道，两端O原子各提供1个p轨道和1个电子，形成，D正确； 故选BD。 4．V2O5溶解在NaOH溶液中，可得到钒酸钠，已知空间构型与相同。 (1)中心原子价层孤电子对数目为_______。 A．0 B．1 C．2 D．3 (2)短周期元素形成的各微粒中，与空间构型相同的微粒有 (任写一种)。 【答案】(1)A (2)CH4、、、CCl4等任写一种 【详解】（1）由题干信息可知，空间构型与相同即为正四面体形，则中心原子周围的价层电子对数为4，则可知中心原子价层孤电子对数目为0，故答案为：A； （2）由题干信息可知，空间构型与相同即为正四面体形，短周期元素形成的各微粒中，与空间构型相同的微粒有CH4、、、CCl4等，故答案为：CH4、、、CCl4等任写一种。 5．回答下列问题： (1)基态某原子的最外层电子排布式是，推断该元素位于元素周期表中的位置 ，在元素周期表中属于 区； (2)基态Cr原子的简化电子排布式为 ；基态P原子核外有 种能量不同的电子； (3)杂化类型为 ，离子空间构型为 ； (4)下列状态的镁中，电离最外层一个电子所需能量最低的是___________(填选项)； A． B． C． D． (5)氰酸(HCNO)是一元弱酸，与氰酸根互为等电子体且为非极性分子的是 (填化学式)； (6)分子中大键可以用(m表示参与形成大键的轨道数，n表示形成大键的p电子数目)表示，分子中存在，分子呈V形，中心原子是 ，其杂化方式是 。 【答案】(1)第五周期第VIA族 P (2)[Ar]3d54s1 5 (3)sp2 平面三角形 (4)C (5)CO2 (6)Cl sp2 【详解】（1）基态某原子的最外层电子排布式是，则该元素位于元素周期表中的第五周期第VIA族，在元素周期表中属于P区。 （2）基态Cr原子的原子序数为24，则其简化电子排布式为[Ar]3d54s1；基态P原子的原子序数为15，其核外电子排布式为1s22s22p63s2sp3，则其核外有5种能量不同的电子。 （3）的价层电子对为，则杂化类型为sp2，无孤对电子，离子空间构型为平面三角形。 （4）A．属于基态镁原子，电离最外层一个电子所需能量即为第一电离能； B．属于基态Mg+原子，电离最外层一个电子所需能量即为第二电离能；     C．属于激发态镁原子，电离最外层一个电子所需能量低于基态镁原子； D．属于激发态Mg+原子，电离最外层一个电子所需能量低于基态Mg+原子，但高于基态镁原子； 综上所述，电离最外层一个电子所需能量最低的是，    故选C。 （5）氰酸根的CNO-中含有3个原子，价电子数目和是16，则与CNO-互为等电子体且为非极性分子的是CO2。 （6）分子的中心原子是Cl，中存在，分子呈V形，则其杂化方式是sp2。 6．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。回答下列问题： (1)原子中运动的电子有两种相反的自旋状态，若一种自旋状态用表示，与之相反的用表示，称为电子的自旋磁量子数。对于基态的磷原子，其价电子自旋磁量子数的代数和 。 (2)已知有关氮、磷的单键和三键的键能(kJ·mol-1)如下表： N—N N≡N P—P P≡P 193 946 197 489 从能量角度看，氮以N2、而白磷以P4(结构式可表示)形式存在的原因是 。 (3)已知KH2PO2是次磷酸的正盐，H3PO2中P采取 杂化方式。 (4)与等电子体的分子为 (写分子式)。 (5)磷酸通过分子间脱水缩合形成多磷酸。如： 如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则相应的酸根可写为 。 (6)分别用○、●表示和K+，KH2PO4晶体的四方晶胞如图(a)所示，若晶胞底边的边长均为apm、高为cpm，阿伏加德罗常数的值为NA，晶体的密度为 g·cm-3(写出表达式)。 【答案】(1)或 (2)在原子数目相同的条件下，N2比N4具有更低的能量，而P4比P2具有更低的能量，能量越低越稳定。(或在原子数目相同的条件下，形成N2比形成N4键能更大，N2更稳定；形成P4比形成P2键能更大，P4更稳定。或类似答案) (3)sp3 (4)SiF4、CCl4等 (5) (6) 【详解】（1）P是15号元素，根据构造原理，可知基态P原子核外电子排布式是1s22s22p63s23p3，价电子排布式是3s23p3，轨道表达式为，其中3s轨道的2个电子自旋状态相反，自旋磁量子数的代数和为0，3p轨道的3个电子的自旋状态相同，因此，基态磷原子的价电子的自旋磁量子数的代数和为或； （2）在原子数目都是4 mol条件下，形成N2释放的总能量为2 mol×946 kJ/mol=1892 kJ；形成N4的总键能为6 mol×193 kJ/mol=ll58 kJ；显然，形成N2分子放出的能量更多，故在N数目相同的条件下，N2具有更低的能量，能量越低越稳定。同理，若4 mol P形成P4分子，释放出的能量为197 kJ/mol×6 mol=1182 kJ；若形成P2分子，则可释放的能量为489 kJ/mol×2 mol=978 kJ，形成P4分子放出的能量更多，故在P数目相同的条件下，P4具有更低的能量，能量越低越稳定。 （3）已知KH2PO2是次磷酸的正盐，则H3PO2是一元酸，分子结构中只有一个羟基—OH，另外2个H原子与P原子形成H-P键，其结构式为，P原子的价层电子对数是4，P原子上无孤对电子，故H3PO2中P原子采取sp3杂化； （4）等电子体是原子总数相等，价电子总数也相等的粒子。则与的等电子体的分子为SiF4、CCl4等； （5）n个磷酸分子间脱去(n-l)个水分子形成链状的多磷酸，因此，如果有n个磷酸分子间脱水形成环状的多磷酸，则可脱去n个水分子得到(HPO3)n，其失去氢离子后得到相应的酸根，故该酸根可写为； （6）晶胞中，顶角、面上数目=8×+6×=4；面上、棱上K+的离子数目=6×+4×=4；1 mol晶胞的质量为1 mol×4×136 g/mol=(4×136)g，l mol晶胞的体积为V=(a×10-10cm×a×10-10cm×c×10-10cm)×NA=NAa2c×10-30cm3，则晶体密度ρ=g/cm3。 7．X、Y、Z、W、Q、R是元素周期表前36号中原子序数依次递增的元素(不考虑稀有气体)。X元素的基态原子有3个不同的能级，各能级中的电子数相等。工业上通过分离液态空气获得Z单质。WZ2常用于自来水消毒。Q元素为过渡金属，其基态原子的价电子中，两种不同自旋状态的电子数之比为1:4。R元素的基态原子的最外能层只有一对电子，其他能层均已充满电子。请回答下列问题： (1)基态X原子的核外电子占据 个不同原子轨道。 (2)Q的价电子排布式为 。 (3)R元素位于元素周期表中的 区。基态R原子中，核外电子占据的最高能层的符号是 ，占据该能层电子的电子云轮廓图形状为 。 (4)由短周期元素组成的微粒，原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，具有相似的结构特征。与互为等电子体的分子有 (任写一种)。 (5)已知元素的电负性：Y>W，则Y与W形成的化合物的空间结构为 ，与水发生水解反应的化学方程式为 。 (6)过渡金属配合物常满足“18电子规则”，即中心原子的价电子数加上配体提供的电子数之和等于18，由XZ和作为配体形成的Q的配合物满足“18电子规则”，其配体“”中的大键可表示为 (已知中的大键表示为)。 【答案】(1)4 (2)3d34s2 (3)ds N 球形 (4)SO2或O3 (5)三角锥形 或 (6) 【分析】由题干信息可知，X、Y、Z、W、Q、R是元素周期表前36号中原子序数依次递增的元素(不考虑稀有气体)，X元素的基态原子有3个不同的能级，各能级中的电子数相等即1s22s22p2，则X为C，工业上通过分离液态空气获得Z单质，则Z为N或O，又X和Z之间还有一种元素Y，故Y为N、Z为O，WZ2常用于自来水消毒即ClO2用于自来水消毒，Q元素为过渡金属，其基态原子的价电子中，两种不同自旋状态的电子数之比为1:4，即为3d34s2，故Q为V，R元素的基态原子的最外能层只有一对电子，其他能层均已充满电子即为3d104s1，即为Cu，据此分析解题。 【详解】（1）由分析可知，X为C，则基态X原子的核外电子占据1s、2s和2个2p轨道一共占据4个不同原子轨道，故答案为：4； （2）由分析可知，Q元素为过渡金属，其基态原子的价电子中，两种不同自旋状态的电子数之比为1:4，即Q的价电子排布式为3d34s2，故答案为：3d34s2； （3）由分析可知，R为Cu，其价电子排布式为：3d104s1，则R元素位于元素周期表中的ds区，基态R原子中，核外电子占据的最高能层即为第4层，该能层的符号是N，占据该能层电子为4s电子，该电子云轮廓图形状为球形，故答案为：ds；N；球形； （4）由分析可知，Y为N、Z为O，由短周期元素组成的微粒，原子数相同，各原子最外层电子数之和相同，可互称为等电子体，具有相似的结构特征，与即即原子数为3，最外层电子数之和为18，故互为等电子体的分子有SO2或O3，故答案为：SO2或O3； （5）由分析可知，Y为N、W为Cl，已知元素的电负性：Y>W，则Y与W形成的化合物YW3即NCl3中心原子N周围的价层电子对数为：3+=4，根据价层电子对互斥理论可知，其空间结构为三角锥形，YW3即NCl3其中N显-3价、Cl显+1价，故其与水发生水解反应的化学方程式为或，故答案为：三角锥形；或； （6）由分析可知，X为C、Z为O，Q为V，过渡金属配合物常满足“18电子规则”，即中心原子的价电子数加上配体提供的电子数之和等于18，由XZ和作为配体形成的Q的配合物满足“18电子规则”，即说明配体提供的电子数为18-5-4×2=5，结合已知中的大键表示为，其配体“”中的大键可表示为：，故答案为：。 8．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，可互称为等电子体。等电子体的空间结构相似。根据上述原理，下列各组粒子中，空间结构不相似的是 A．和 B．和 C．和 D．和 【答案】C 【详解】A．−和原子数均为2，价电子数之和均为10，属于等电子体，结构均为直线形，空间结构相似；A不符合题意； B．CH4和原子数均为5，价电子数之和均为8，属于等电子体，结构均为正四面体型，空间结构相似；B不符合题意； C．CCl4原子数为5，原子数为4，原子数不同，不满足等电子体条件，CCl4为正四面体，为三角锥形，空间结构不相似；C符合题意； D．CS2和N2O原子数均为3，最外层电子数之和均为16，属于等电子体，结构均为直线型，空间结构相似；D不符合题意； 答案选C。 9．写出下列微粒的等电子体 (1)和是等电子体的阴离子有 、阳离子有 。 (2)和是等电子体的阴离子是 。 (3)和是等电子体的分子有 ，阴离子有 ，阳离子有 。 (4)和是等电子体的阴离子是 。 (5)和是等电子体的阳离子是 ，与NH互为等电子体的一种分子为 ，与NH互为等电子体的一种分子为 。 (6)和是等电子体的阴离子是 。 (7)和是等电子体的阴离子是 。 (8)和是等电子体的阳离子是 。 (9)和是等电子体的阴离子是 。 【答案】(1)CN- NO+ (2) (3)CS2 SCN- (4) (5) H3O+ CH4 (6) (7) (8)NH (9) 【详解】（1）的价电子数为10，和是等电子体的阴离子有CN-、阳离子有NO+。 （2）的价电子数为8，和是等电子体的阴离子是； （3）的价电子数为16，和是等电子体的分子有CS2，阴离子有SCN-，阳离子有。 （4）的价电子数为18，和是等电子体的阴离子是； （5）的价电子数为8，和是等电子体的阳离子是H3O+；NH的价电子数为8，与NH互为等电子体的一种分子为；NH的价电子数为8，与NH互为等电子体的一种分子为CH4。 （6）的价电子数为24，和是等电子体的阴离子是； （7）的价电子数为26，和是等电子体的阴离子是； （8）的价电子数为8，和是等电子体的阳离子是NH； （9）的价电子数为32，和是等电子体的阴离子是； 10．一种物质的结构如图所示，下列说法正确的是 A．如图物质中N原子的杂化类型为： B．如图物质中键和键个数比为7：1 C．与互为等电子体，中含有的键数目为 D．该物质中含有手性碳原子，为手性分子 【答案】C 【详解】A．分子中N为sp3杂化，A错误； B．如图物质中σ键有18条，和π键有2条，个数比为9：1，B错误； C．O与N2互为等电子体，因此它们的结构相似，即O中氧氧之间为三键，1mol该离子中含有π键数目为2NA，C正确； D．分子中无手性碳原子，D错误； 故选C。 【强化训练】 1．按要求回答问题。 (1)具有相同的通式：，它们的价电子总数都是16，因此它们的结构与由第二周期两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，的中心原子的价电子数为 。 (2)等微粒具有相同的通式： ，它们的价电子总数都是 ，因此它们与由ⅥA族两元素组成的 分子的结构相同，呈 形，中心原子的价层电子对数为 。 (3)已知是一种弱酸，其在水溶液中的电离方程式为，与互为等电子体的一种分子为 ，离子的中心原子的杂化类型为 杂化。 (4)的中心原子杂化类型是 杂化；的空间结构是 ；与互为等电子体的分子有 (任写一种)。 【答案】(1) 直线 4 (2 24 平面三角 3 (3) (4) 三角锥形 或 【详解】（1）都是价电子总数为16的AX2分子，与CO2为等电子体，呈直线形，的中心原子的价层电子对数为，即价电子数为4。 （2）等微粒具有相同的通式AX3；C的价电子个数为4，O的价电子个数为6，所以的价电子总数为4+6×3+2=24，N的价电子个数为5，所以的价电子总数为5+6×3+1=24；由第ⅥA族两元素组成的SO3的各原子最外层电子之和也为24；SO3的中心原子S的杂化方式为sp2，微粒为平面三角形；中心原子的价电子数为。 （3）为直线型分子，价电子总数为16，与CO2为等电子体，离子的中心原子的杂化类型为杂化。 （4）中心Se原子的价层电子对数为，中心原子杂化类型是杂化；中心Se原子的价层电子对数为4，含一对孤对电子，立体构型为三角锥形；有32个价电子，与互为等电子体的分子有或。 2．原子数相同且价电子总数相等的微粒叫等电子体，下列不属于等电子体的是 A．和 B．和 C．与 D．和 【答案】A 【详解】A．和中原子数不同，不是等电子体，A符合题意； B．和中原子数相同、都为5，且价电子总数相等、都为32，是等电子体，B不符合题意； C．与中原子数相同、都为5，且价电子总数相等、都为32，是等电子体，C不符合题意； D．和中原子数相同、都为3，且价电子总数相等、都为16，是等电子体，D不符合题意； 故选A。 3．硫氰化亚铜（）在国民经济和科研领域应用广泛，可利用氯化铜溶液或脱硫废液制得。 Ⅰ．利用氯化铜溶液制备硫氰化亚铜 第一步：在和盐酸的混合溶液中加入铜粉生成稳定的配合物； 第二步：加入溶液，将转化为沉淀。 (1)第一步反应的离子方程式为 。 (2)中σ键和π键的个数比为 。 (3)测定样品的纯度。准确称取0.2500g硫氰化亚铜样品，加入溶液处理后，过滤得到含待测液，将待测液总体积的转移至锥形瓶中，滴加稀硝酸酸化，加入10.00mL0.1000溶液，以作指示剂，用0.04000标准溶液滴定至终点，平行滴定3次，平均消耗标准溶液20.00mL。 已知：（白色）。 ①滴定终点观察到的现象为 。 ②计算样品中的纯度 。（写出计算过程） Ⅱ．利用脱硫废液制备硫氰化亚铜 将脱硫废液[主要含、]与溶液混合，调节溶液pH=1~3，反应生成沉淀和连四硫酸铵等物质。 (4)已知：的结构式为。结构中存在两种不同环境的S原子，不存在键和键。的结构式可表示为 。 (5)控制其他条件不变，的纯度及产率随pH的变化如题图所示。当溶液时，随pH降低的纯度及产率均降低的原因是 。 【答案】(1) (2)1：1 (3) 由无色变红，且半分钟内不褪色。 ，则，样品中的纯度 (4) (5)随pH降低，发生反应：，使浓度降低 【详解】（1）在和盐酸的混合溶液中加入铜粉生成稳定的配合物，离子方程式为：。 （2）与CS2为等电子体、结构相似，CS2的结构为S=C=S，σ键和π键的个数比为1∶1，中σ键和π键的个数比为1∶1。 （3）①滴定终点观察到的现象为溶液由无色变红色，且半分钟内不褪色。 ②准确称取0.2500g硫氰化亚铜样品，加入溶液处理后，过滤得到含待测液，将待测液总体积的转移至锥形瓶中，滴加稀硝酸酸化，加入10.00mL0.1000溶液，沉淀，生成。以作指示剂，用0.04000标准溶液滴定至终点，滴定的是过量的Ag+，平行滴定3次，平均消耗标准溶液20.00mL。因此，则，样品中的纯度。 （4）结构中存在两种不同环境的S原子，不存在键和键。的结构式可表示为。 （5）NH4SCN、(NH4)2S2O3与CuSO4溶液混合发生反应：，随pH降低，发生反应：，使浓度降低，CuSCN的纯度及产率均降低。 4．氮、磷、硫及其化合物的用途广泛。回答下列问题： (1)下列四种N原子的电子排布图表示的状态中，能量由低到高的顺序是 (填字母)。 A．    B． C．     D． (2)羟胺(NH2OH)可看成氨分子内的一个氢原子被羟基取代的衍生物，分子中N原子的杂化形式为 。羟胺易溶于水，其主要原因是 。 (3)氮、磷、硫三种元素的第一电离能由大到小的顺序为 (用元素符号表示)，氮气分子中σ键与π键的数目之比为 ，氮、磷、砷三种元素的简单氢化物的沸点由高到低的顺序为 (用化学式表示)。 中国海军航母建设正在有计划、有步骤地向前推进，第一艘国产航母目前正在进行海试。建造航母需要大量的新型材料。航母的龙骨要耐冲击，航母的甲板要耐高温，航母的外壳要耐腐蚀。 (4)镍铬钢抗腐蚀性能强，Ni2＋的核外电子排布式为 。 (5)航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷，结构如图1所示，其中C原子的杂化方式为 杂化，在有机物中C原子间可以形成双键，而硅烷中Si原子间难以形成双键的原因是 。        图1 (6)海洋是元素的摇篮，海水中含有大量卤族元素。 ①根据下表数据判断：最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是 (填元素符号)。 氟 氯 溴 碘 第一电离能/(kJ·mol-1) 1681 1251 1140 1008 ②根据价层电子对互斥理论，预测ClO的立体构型为 形，写出一个与ClO是等电子体的化学符号 。 【答案】(1)ACBD (2) sp3 羟氨中含有N-H、O-H键，易与水形成氢键 (3)N>P>S 1:2 NH3>AsH3>PH3 (4)［Ar］3d8 (5) sp3 Si原子半径大于C原子，硅原子间电子云难以“肩并肩”形成π键 (6) I 三角锥 PCl3或 【详解】（1）是基态N原子； 是基态N原子1s中1个电子激发到2p能级；是基态N原子2s中1个电子激发到2p能级；是基态N原子1s、2s中各1个电子激发到2p能级；所以能量由低到高的顺序是A<C<B<D。 （2）羟氨(NH2OH)分子中N原子有4个价电子对,杂化形式为sp3。羟氨中含有N-H、O-H键，易与水形成氢键，所以羟氨易溶于水。 （3）氮、磷同主族，N原子半径小于P，第一电离能N>P；磷、硫同周期，P原子2p能级半充满，结构稳定，第一电离能大于同周期相邻元素，第一电离能P>S，氮、磷、硫三种元素的第一电离能由大到小的顺序为N>P>S；氮气分子的结构式为N≡N，三键中有1个σ键和2个π键，σ键与π键的数目之比为1:2；氮、磷、砷三种元素的简单氢化物为NH3、PH3、AsH3，NH3、PH3、AsH3结构相似，NH3能形成分子间氢键，NH3沸点最高；PH3、AsH3相对分子质量越大，分子间作用力越大，沸点越高，沸点由高到低的顺序为NH3>AsH3>PH3。 （4）Ni是28号元素，Ni失去最外层2个电子得到Ni2＋，Ni2＋的核外电子排布式为［Ar］3d8； （5）航母甲板涂有一层耐高温的材料聚硅氧烷，结构如图1所示，其中C原子形成4个单键，价电子对数为4，杂化方式为sp3杂化；Si原子半径大于C原子，硅原子间电子云难以“肩并肩”形成π键，所以硅烷中Si原子间难以形成双键。 （6）①第一电离能越小，越易失电子形成阳离子，最有可能生成较稳定的单核阳离子的卤素原子是I。 ②预测ClO中Cl原子价电子对数为4，有1个孤电子对，立体构型为三角锥形；等电子体是原子数相等、价电子数也相等的微粒，与ClO是等电子体的化学符号PCl3或。 5．N、O、S、Cl、Cu五种元素的单质及其化合物在现代工业生产中有着广泛应用。请回答下列问题： (1)第一电离能：N （填“>”或“<”）O。 (2)前四周期元素中，未成对电子数为5的元素有 种。 (3)分子中的大π键可用符号表示，其 中m代表参与形成的大π键原子数，n代表参与形成大π键的电子数（如苯分子中的大π键可表示为），则平面正三角形分子SO3中的大π键应表示为 。 (4)含有N元素的三甲胺和乙二胺均属于胺，但三甲胺比乙二胺的沸点低得多，原因是 。 (5)与互为等电子体的微粒有 （任写一种）。 【答案】(1)> (2)1 (3) (4)乙二胺存在分子间氢键 (5)BF3、SO3、 (合理即可) 【详解】（1）N、O位于同一周期相邻位置，N原子的2p能级电子数达到了半充满结构，比较稳定，则第一电离能：N>O； 故答案为：>； （2）前四周期元素中，未成对电子数为5的元素的价电子排布为3d54s2，元素符号为Mn； 故答案为：1； （3）SO3中S原子形成3个σ键，还有3个电子，3个氧原子有3个电子，形成4原子6电子的大π键，应表示为； 故答案为：； （4）结构中含有，分子间能形成氢键，故沸点较高； 故答案为：乙二胺存在分子间氢键； （5）为含四个原子的离子，价电子总数为24，互为等电子体的微粒有BF3、SO3等； 故答案为：BF3、SO3、。 6．等电子原理。 (1)含义： 相同、 相同的 互为等电子体。 (2)内容：化学通式相同且 相等的分子或离子具有相同的 和 等结构特征。 (3)特点：等电子体具有相似的 特征(立体结构和化学键类型)及 的性质，例如CO和N2的熔沸点、溶解性等都非常相近。 (4)等电子原理的应用：利用等电子原理可以判断一些简单分子或离子的 构型。如SO2和O3的原子数目和价电子总数都相等，二者互为等电子体，中心原子都是 杂化，都是 形结构。 (5)确定等电子体的方法：同主族 或同周期 元素替换，交换过程中注意 变化。变换过程中注意电荷变化，并伴有元素种类的改变 序号 方法 示例 1 竖换：把同族元素(同族原子价电子数相同) 交换， 即可得到相应的等电子体 CO2与CS2、O3与SO2 2 横换：换 主族元素，这时候价电子发生变化，再通过得失电子使价电子总数相等 N2与CO 3 可以将分子变换为 ，也可以将离子变换为 与、CH4与；CO与 如：；又如： 【答案】(1) 原子总数 价电子总数 分子(或离子) (2)价电子总数 空间构型 化学键类型 (3)结构 相近 (4)立体 sp2 V (5)代换 相邻 电荷 上下 相邻 离子 分子 7．按要求完成下列问题： (1)与CO互为等电子体的分子是 。 (2)与互为等电子体的一种分子是 (填化学式)。 (3)写出2种与互为等电子体的分子的化学式 。 (4)写出与互为等电子体的一种阴离子的化学式 。 (5)与互为等电子体的一种分子为 (填化学式)。 【答案】(1) (2)(或，合理即可) (3)CO、 (4) (5)或 【详解】（1）等电子体原子总数相同，价电子总数相同，因此可以找与这些原子相邻的原子，则与CO互为等电子体的分子是N2； （2）结合第一问的分析可知，与互为等电子体的一种分子是(或，合理即可)； （3）结合第一问的分析可知，2种与互为等电子体的分子的化学式CO、； （4）结合第一问的分析可知，与互为等电子体的一种阴离子的化学式 （5）结合第一问的分析可知，与互为等电子体的一种分子为或。 8．石灰氮是一种氮素肥效长的固态肥料，同时也是一种低毒、无残留的农药。工业上合成方法之一为。回答下列问题： (1)已知和C同主族，的原子序数为50，基态原子的价层电子排布图为 ，与同周期未成对电子数最多的元素是 (填元素符号)。 (2)基态N原子核外有 种不同运动状态的电子，有 种不同能量的电子； (3)下列属于氮原子激发态的电子排布式有_______。(填字母序号) A． B． C． D． (4)上述制备反应中生成物分子中键和键个数比为为 。 (5)已知等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征，其性质相近。这样的粒子互称为等电子体，例如和互为等电子体，请写出的电子式： 。 【答案】(1) Cr (2)7 3 (3)BC (4)1:1 (5) 【详解】（1）Sn元素与C元素为同主族元素，位于第五周期，所以其价层电子排布式为5s25p2，故其价电子排布图为：；Ca为第4周期元素，该周期中Cr的价层电子排布式为3d54s1，则未成对电子数最多的元素是Cr； （2）根据泡利原理可知，原子核外没有两个运动状态完全相同的电子，N原子有7个电子，即有7个运动状态不同的电子；N的电子排布式为：1s22s22p3，同一能级能量相同，故有3种不同能量的电子； （3）N为7号元素，则其基态电子排布式为：[He]2s22p3，激发态的电子排布式有B. 和C. ，D. 失去一个电子，答案选BC； （4）二氧化碳的结构式为：O=C=O，存在两个碳氧双键，双键中一个键，一个π键，故键与π键的数目之比为1:1。 （5）已知等电子原理是指原子总数相同、价电子总数相同的分子或离子具有相同的结构特征，其性质相近。这样的粒子互称为等电子体， CO和N2互为等电子体已知N2的电子式为：，故CO的电子式为：。 9．为探究类卤离子SCN-与Fe2+的还原性强弱，某同学进行了如下实验： ①分别配制0.10mol/L的KSCN溶液、FeSO4溶液； ②向0.10mol/L的KSCN溶液中滴加酸性KMnO4溶液，酸性KMnO4溶液褪色； ③向0.10mol/L的FeSO4溶液中滴加酸性KMnO4溶液，酸性KMnO4溶液褪色； ④向等体积浓度均为0.10mol/L的KSCN和FeSO4混合溶液中滴加酸性KMnO4溶液，溶液先变红后褪色。 下列说法正确的是 A．实验①中 KSCN中含有的SCN-离子构型为直线形 B．实验②中MnO将SCN-还原为(SCN)2 C．实验③中反应的离子方程式为MnO+5Fe2++8H+=Mn2++5Fe3++4H2O D．实验④说明还原性：SCN->Fe2+ 【答案】AC 【详解】A．SCN-与CO2分子互为等电子体，故SCN-离子构型为直线形，A正确； B．酸性条件下可将SCN-氧化成(SCN)2，而不是还原，B错误； C．酸性高锰酸钾与亚铁离子反应的离子方程式为，C正确； D．在等体积浓度均为0.10mol/L的KSCN和FeSO4混合溶液中滴加酸性高锰酸钾，溶液先变红，说明亚铁离子先被高锰酸根离子氧化成铁离子，故还原性，D错误； 故选AC。 10．采用渣油、煤、焦炭为原料制合成气，常因含羰基铁[Fe(CO)5]等而导致以合成气为原料合成甲醇和合成氨等生产过程中的催化剂产生中毒。请回答下列问题： (1)[Fe(CO)5]中铁的化合价为0，写出铁原子的基态电子排布式： 。 (2)与CO互为等电子体的分子和离子分别为 和 (各举一种即可，填化学式)，CO分子的电子式为 ，CO分子的结构式可表示成 。 (3)在CH4、CO、CH3OH中，碳原子采取sp3杂化的分子有 ，CH3OH的熔、沸点比CH4高，其主要原因是 。 【答案】(1)1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2 (2)N2 CN- (3) CH4、CH3OH CH3OH形成分子间氢键，沸点升高 【详解】（1）基态铁原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2或[Ar]3d64s2； （2）等电子体中原子数和价电子数都相同，与CO互为等电子体的分子和离子分别为N2、CN-；CO分子的电子式为；CO的结构式为； （3）在CH4中，价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp3杂化；在CO分子中价层电子对数=σ键电子对数（1）+中心原子上的孤电子对数（1），所以碳原子采取sp杂化；CH3OH中，价层电子对数=σ键电子对数（4）+中心原子上的孤电子对数（0），所以碳原子采取sp3杂化；CH3OH的熔、沸点比CH4高,原因是CH3OH形成分子间氢键，沸点升高。 / 学科网（北京）股份有限公司 $