等電子粒子的巧妙記憶法

文章編號：1005－6629(2007)11－0079－02中圖分類號：G632.479 文獻標識碼：B

1 問題的由來

等電子粒子顧名思義就是電子總數相同的粒子。等電子粒子是化學教學中的一個難點也是歷年高考中非常重要的考點之一，要求學生能熟練掌握具有10電子結構和18電子結構微粒。由于粒子數目較多，教師如果引導不得法，必導致學生死記硬背，而碰到具體的問題又不能解決。有鑒于此，結合元素性質周期性的變化規律，特創作以下試題。

2 問題

原子序數依次增大的A、B、C、D、E、F六種短周期元素。元素A的單質是已知密度最小的氣體，元素B的單質存在兩種以上的同素異形體，其中之一是自然界中硬度最大的，元素D的最外層電子數是次外層電子數的三倍，D4是新發現的一種同素異形體；E、F位于同一周期，該周期內各元素形成的單質沸點變化如下圖所示（原子序數按遞增順序連續排列）。

B、C、D、F四種元素均能與A形成四種等電子分子，分子中各原子的個數比為：

試回答：

（1）C的元素符號為＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，元素F在元素周期表中的位置＿＿＿＿＿＿＿_＿＿＿，化合物乙的分子式＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

(2)丙在一定條件下可生成單質D2；在101kPa 時，0.5mol D2與A2完全反應生成液態物質放出的熱量為285.8kJ，則反應的熱化學方程式為＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

(3) 0.1mol·L-1離子化合物EAB2D4溶液呈弱酸性， 則溶液中離子濃度的大小順序為＿＿＿＿＿＿＿＿＿ 。

(4)化合物甲的電子式＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿，A、B、C、D四種元素中的某三種形成的化合物也與甲分子等電子，請寫出其中任意一種物質的分子式＿＿＿＿＿＿＿。

3問題解析

學生推出六種元素難度并不大，難點在于如何寫出甲、乙、丙、丁四種化合物的分子式。前者由元素A的單質是已知密度最小的氣體，元素B的單質存在兩種以上的同素異形體，且其中一種是自然界中硬度最大的單質，元素D的最外層電子數是次外層電子數的三倍，可推出元素A、B、D分別是H、C、O； A、B、C、D、E、F是原子序數依次增大的六種短周期元素，可推出C為N。由題圖中與E、F同周期的各元素形成的單質沸點變化可推出E、F分別為Na和Cl。

如何寫出甲、乙、丙、丁四種化合物的分子式呢？由甲、乙、丙、丁四種分子為等電子分子且及組成分子的原子個數比可以推出甲、乙、丙、丁都是具有18電子結構的微粒，他們分別是CH3CH3、NH2NH2、H2O2和HCl。

試題第（4）中的第二問難倒了好多學生，也是該題的焦點所在。書寫具有10電子結構的微粒，可先寫出Ne原子，其質子數為10，其他質子數小于10的元素，只要能與氫化合，質子數小多少補多少個氫原子，這樣可以寫出中性分子HF、H2O、NH3、CH4，或者質子數小多少得多少個電子，這樣可以寫出F-、O2-、N3-等離子和OH-、NH2-、CH3-等離子；質子數大于10的元素，大多少失多少個電子，它們包括Na+、Mg2+、Al3+、Si4+、NH4+、H3+O等，通過這樣的方式，我們成功地解決了10電子結構的微粒的記憶問題。同樣，書寫具有18電子結構的微粒，可先寫出Ar原子，其質子數為18，其他質子數小于18的元素，只要能與氫化合，質子數小多少補多少個氫原子，這樣可以寫出中性分子HCl、H2S、PH3、SiH4，或者質子數小多少得多少個電子，這樣可以寫出Cl-、S2-、P3-、HS-等離子。質子數大于18的元素，大多少失多少個電子，它們包括K+、Ca2+等。具有18電子結構的微粒中還可由10電子結構的基團自身或兩兩任意組合成符合18電子結構的微粒如CH3CH3、 CH3OH、 CH3NH2、 HOOH（H2O2）、 NH2OH、 NH2NH2（N2H4）等也可以由質子數等于9的F元素組成雙原子分子F2。

以上分析告訴我們，教學中要求學生記憶具有10電子結構和18電子結構微粒是很愚蠢的，也是不可行的，關鍵是要教給學生如何理解電子數得失的一般原理。

4問題拓展

（2007年理科綜合全國卷III第26題）用A+、B-、C2-、D、E、F、G和H分別表示18電子結構的八種微粒（離子或分子），請回答：

（1）A元素是_____、B元素是_______、C元素是_____（用元素符號表示）；

（2）D是由兩種元素組成的雙原子分子，其分子式是_____。

（3）E是所有含18個電子的微粒中氧化能力最強的分子，其分子式是__________；

（4）F是由兩種元素組成的三原子分子，其分子式是__________，電子式是__________；

（5）G分子中含有4個原子，其分子式是____；

（6）H分子中含有8個原子，其分子式是____。

本題參考答案：（1）K、Cl、S； （2）HCl； （3）F2 ；（4）H2S ，； （5）H2O2； （6）C2H6

5 使用紀錄

等電子粒子的巧妙記憶法被首次用作云南省2007年第一次高中教學質量檢測試題。在2007年理科綜合全國卷III第26題中試題提干及設問進行了適當變形，但基本思想沒變。

6 教育價值

等電子粒子尤其是具有10電子結構和18電子結構的微粒是中學化學教學的重要內容之一。本試題以元素性質的周期性變化為載體，測試了考生的閱讀理解能力。識別圖表能力，推理能力和綜合分析能力，通過本試題的研究，有利于師生突破教學難點和考點，使他們能熟練掌握10電子結構和18電子結構的微粒的特征和記憶方法，有效地減輕學生的記憶負擔。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”