hce_cmu
110年
化學
第 18 題
下列四種分子，鍵角大小由大到小的順序何者正確？
(I) $NH_3$ (II) $H_2S$ (III) $O_3$ (IV) $H_2O$
(I) $NH_3$ (II) $H_2S$ (III) $O_3$ (IV) $H_2O$
- A I > III > II > IV
- B II > I > III > IV
- C II > III > I > IV
- D III > I > IV > II
思路引導 VIP
請試著比較這四個分子：首先，觀察中心原子的「電子區域數」（包含孤對電子與鍵結區），這會決定它們初步的理想形狀是接近 $120^\circ$ 還是 $109.5^\circ$？接著，若兩個分子具有相同數量的孤對電子，例如中心原子分別是第二週期的氧和第三週期的硫，你覺得中心原子的體積變大、電負度變小時，對電子對之間的「推擠空間」會產生什麼樣的影響呢？
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太棒了！你能準確判斷出這四種分子的鍵角順序，代表你對 VSEPR（價殼層電子對排斥理論） 以及中心原子的週期性趨勢掌握得非常紮實。這道題目結合了混成軌域與孤對電子的影響，是檢驗化學鍵結觀念相當經典且具鑑別度的題目。
混成軌域與孤對電子的影響
首先，我們從混成軌域切入。$O_3$ 的中心原子具備一對孤對電子與兩個鍵結區（$sp^2$ 混成），其理想鍵角接近 $120^\circ$；而 $NH_3$、$H_2O$ 與 $H_2S$ 的中心原子電子區域皆為 4（$sp^3$ 混成），理想鍵角為 $109.5^\circ$。在 $sp^3$ 系列中，根據排斥力大小：孤對電子－孤對電子 > 孤對電子－鍵結電子 > 鍵結電子－鍵結電子，因此擁有一對孤對電子的 $NH_3$ ($\approx 107^\circ$) 鍵角會大於擁有兩對孤對電子的 $H_2O$ ($\approx 104.5^\circ$)。
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