Du wirst (mindestens) 2 Probleme bekommen. Zum einen ist die Frage ob das BIOS des Laptops überhaupt deine neue CPU erkennt. Viele Notebook BIOS sind oft ziemlich beschränkt in der Kompatibilität. Das könntest du umschiffen indem du auf eine CPU aufrüstest, die in einem höheren Modell dieser Geräteserie auch verbaut wurde. Dann nimmst du einfach das BIOS des höheren Modells.
Dein zweites, größeres Problem ist die Hitze. Der i7 hat eine TPD von 45W. Dein jetziger i3 eine TPD von 35W. Das sind also im Extremfall knapp 30% mehr Hitze, die abgeführt werden muss. Das wird die Kühlung des Laptops nicht schaffen, da die immer (zumindest bei Consumergeräten) sehr knapp dimensioniert sind. Auffallend ist auch das alle anderen CPUs, die in der Geräteserie noch verbaut wurden, (der Intel® Core™ i5-3210M z.B.) auch nur eine TPD von 35W haben.
Du solltest dich also auf eine CPU beschränken, die max. 35W TPD hat und schauen, dass es diese CPU in höheren Geräten des Serie auch verbaut wurde, damit du ein BIOS dafür findest.
Ob es Sinn macht das Laptop mit einer anderem CPU aufzurüsten sei mal dahingestellt. Alternativ könntest du es auch verkaufen und dir ein neues Gerät holen mit stärker CPU. Preislich sollte es fast egal sein, denn allein der i7-2640M kostet dich schon über 300€!