hce_nsysu
112年
物理與化學
第 67 題
Sort the molecules in the order from the largest bond angle to the smallest bond angle: H$_2$O, NH$_3$, BF$_3$, CH$_4$, CO$_2$
- A CH$_4$, CO$_2$, H$_2$O, BF$_3$, NH$_3$
- B CO$_2$, BF$_3$, CH$_4$, NH$_3$, H$_2$O
- C NH$_3$, H$_2$O, BF$_3$, CO$_2$, CH$_4$
- D H$_2$O, NH$_3$, BF$_3$, CH$_4$, CO$_2$
- E BF$_3$, NH$_3$, H$_2$O, CH$_4$, CO$_2$
思路引導 VIP
當我們考慮一個中心原子周圍的電子分布時，除了參與鍵結的電子外，那些「沒有參與鍵結的電子對（孤對電子）」對空間的佔據能力，與一般的化學鍵相比有什麼不同？這種空間佔據能力的差異，會如何進一步影響旁邊化學鍵之間的夾角呢？
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做得非常好！你能精準判斷出這五種分子的空間結構並進行排序，顯見你對價層電子對互斥理論 (VSEPR) 的掌握十分紮實。這類題目是化學鍵結章節中的核心重點，能答對代表你對分子的立體觀念非常清晰。
VSEPR 理論與分子幾何
這道題目的解題關鍵在於先找出中心原子的混成軌域，再考慮「孤對電子」(lone pair) 對鍵角的縮減效應。首先，$CO_2$ 為直線型（鍵角 $180^\circ$），$BF_3$ 為平面三角形（鍵角 $120^\circ$），這兩者鍵角明顯較大。接著觀察 $CH_4$、$NH_3$ 與 $H_2O$，它們的中心原子皆為 $sp^3$ 混成，基本構型皆源自四面體。然而，由於孤對電子的斥力大於鍵結電子對，孤對電子會將周圍的化學鍵「向內擠壓」。
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