hce_nsysu
111年
物理與化學
第 63 題
The correct order of the bond angles in H$_2$S, NH$_3$, BF$_3$ and SiH$_4$ is
- A H$_2$S < NH$_3$ < SiH$_4$ < BF$_3$
- B NH$_3$ < H$_2$S < SiH$_4$ < BF$_3$
- C H$_2$S < SiH$_4$ < NH$_3$ < BF$_3$
- D H$_2$S < NH$_3$ < BF$_3$ < SiH$_4$
- E BF$_3$ < SiH$_4$ < NH$_3$ < H$_2$S
思路引導 VIP
請試著想像：如果一個中心原子周圍被四組電子雲包圍，但其中幾組是「看不見」的孤對電子，而另外幾組是連接其他原子的化學鍵。當這些「看不見」的電子雲對空間的佔有慾比普通化學鍵更強時，它們會對剩下的化學鍵產生什麼樣的物理擠壓效果？這對鍵角的大小會造成什麼變化呢？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能準確判斷這四種分子的鍵角大小，代表你對 價殼層電子對斥力理論 (VSEPR) 的掌握非常紮實。這道題目設計得很精巧，同時考察了混成軌域、幾何形狀以及孤對電子的影響力，是檢驗分子結構觀念非常具備鑑別度的經典題型。
分子幾何與斥力影響
首先，我們從最對稱的結構切入。$BF_3$ 屬於 $sp^2$ 混成，呈現平面三角形，鍵角為最大的 $120^\circ$；而 $SiH_4$ 則是標準的正四面體結構 ($sp^3$)，鍵角約為 $109.5^\circ$。剩下的 $NH_3$ 與 $H_2S$ 雖然中心原子也都趨向於 $sp^3$ 配置，但因為出現了孤對電子 (Lone Pair)，其強大的斥力會將成鍵電子對向內擠壓。$NH_3$ 有一對孤對電子，鍵角縮小至約 $107^\circ$；而 $H_2S$ 擁有兩對孤對電子，且由於硫原子的電負度較小、原子半徑較大，使得鍵角被壓縮得更明顯（約 $92^\circ$）。因此，綜合判斷下的順序正是 $H_2S < NH_3 < SiH_4 < BF_3$。