第二章 化學鍵結 2-2 價鍵理論

對應課本P.63-64 2-2.1 形成共價鍵的條件-軌域重疊 共價鍵： 兩原子軌域之重疊，是利用二個半填滿軌域形成，產生共價鍵。 氫氣：

2-2.1 形成共價鍵的條件-軌域重疊 2. 配位鍵： 共用電子對是由其中一個原子提供，另一原子僅提供空軌域。 NH4+： 空軌域 H+ 對應課本P.64 2-2.1 形成共價鍵的條件-軌域重疊 2. 配位鍵： 共用電子對是由其中一個原子提供，另一原子僅提供空軌域。 NH4+： H+ 空軌域

2-2.2 軌域重疊的方式 軌域重疊以降低最多能量為原則， 軌域重疊程度愈大，鍵能也愈大。 ：利用頭對頭方式重疊。 任意方向重疊 s對s軌域 對應課本P.64 2-2.2 軌域重疊的方式 軌域重疊以降低最多能量為原則， 軌域重疊程度愈大，鍵能也愈大。 ：利用頭對頭方式重疊。 種類 軌域重疊方向 實例 H + H →H2 s對s軌域 任意方向重疊

2-2.2 軌域重疊的方式 軌域重疊以降低最多能量為原則， 軌域重疊程度愈大，鍵能也愈大。 ：利用頭對頭方式重疊。 頭對頭重疊 s對p軌域 種類 軌域重疊方向 實例 H + Cl →HCl 頭對頭重疊 s對p軌域

2-2.2 軌域重疊的方式 軌域重疊以降低最多能量為原則， 軌域重疊程度愈大，鍵能也愈大。 ：利用頭對頭方式鍵結。 鍵結電子對都出現在軸上 對應課本P.64 2-2.2 軌域重疊的方式 軌域重疊以降低最多能量為原則， 軌域重疊程度愈大，鍵能也愈大。 ：利用頭對頭方式鍵結。 種類 軌域重疊方向 實例 Cl + Cl →Cl2 頭對頭重疊 p對p軌域 鍵結電子對都出現在軸上

2-2.2 軌域重疊的方式 軌域的重疊部分比頭對頭的少 二個p軌域，利用側對側方式形成部份重疊， 產生一個節面的鍵結，稱之為 。 產生一個節面的鍵結，稱之為 。 電子密度為0 鍵結較σ鍵弱

對應課本P.65 例題 2-4 答：(C) 解析： (C) σ 鍵存在單鍵或多鍵中，而π 鍵僅能存在於多鍵中。

練習2-4 咖啡及茶葉中含有咖啡因，其結構式如右圖所示，咖啡因共有多少個σ鍵？多少個π鍵？ 答：25 個σ鍵和 4 個π鍵 解析： 對應課本P.65 練習2-4 咖啡及茶葉中含有咖啡因，其結構式如右圖所示，咖啡因共有多少個σ鍵？多少個π鍵？ 答：25 個σ鍵和 4 個π鍵 解析： 單鍵皆含有 1 個σ鍵，雙鍵則含有 1 個σ鍵和 1 個π鍵。

2-2.3 共振結構 路易斯電子點式 （八隅體規則） 原理： (2) 功用： 對應課本P.66 2-2.3 共振結構 路易斯電子點式 （八隅體規則） 原理： 多數原子發生鍵結時，會傾向以得到、失去或共用電子方式，使外層軌域填滿8個電子 （鈍氣電子組態），達到穩定。 (2) 功用： 描述原子、離子、分子或多中心原子分子之價電子分布。

路易斯電子點式來表示元素、 分子與多中心原子之分子 對應課本P.66 路易斯電子點式來表示元素、 分子與多中心原子之分子 6C 7N 8O 9F F2 N2 F2 N2 O4

對應課本P.66 路易斯電子點式 (八隅體規則) (3) 表示法： . O H 未鍵結電子對 鍵結電子對

路易斯電子點式 (八隅體規則) 步驟1. 首先算出分子或離子之價電子總數。 步驟2. 一般而言，以數目較少或電負度較小的作為與多個原子鍵 對應課本P.66 路易斯電子點式 (八隅體規則) 步驟1. 首先算出分子或離子之價電子總數。 步驟2. 一般而言，以數目較少或電負度較小的作為與多個原子鍵 結之中心原子，其餘的為外圍原子。若數目相同時，則以 可鍵結最多數目之原子為優先，依序為14、15、16、17 族。 步驟3. 中心原子和其外圍原子先分別共用一對電子。 步驟4. 讓外圍原子先滿足八隅體（氫只要2 個價電子），剩餘價電 子則放在中心原子上。 步驟5. 檢查中心原子是否滿足八隅體，若未滿足，則將外圍原子的 孤電子對移入成為鍵結電子對，使中心原子滿足八隅體，此 時會形成多鍵。

路易斯電子點式 (八隅體規則) NO3－之路易斯電子點式： .. .. .. .. .. .. .. .. N O N O 對應課本P.67 路易斯電子點式 (八隅體規則) NO3－之路易斯電子點式： 1. 總價電子數： 5 + 6 × 3 + 1 = 24 2. 中心原子： N原子 3. 中心與外圍先以單鍵結合： 24-6=18 4. 剩下電子先分配給外圍原子： 18-18=0 .. .. 5. 中心原子無法滿足八隅體 .. .. N O ： .. .. ： N O .. ： ： .. ：

對應課本P.67 硝酸根離子的電子點式畫法

八隅體規則之例外 (1) 具有奇數電子之分子 (2) 中心原子價電子數較少，如1A、2A、13A族之化合物。 對應課本P.67 八隅體規則之例外 (1) 具有奇數電子之分子 (2) 中心原子價電子數較少，如1A、2A、13A族之化合物。 (3) 中心原子價超過8個電子。

共振結構 為了解釋某些特殊的分子或離子，其結構無法以單一電子點式來描述（例如：臭氧），科學家引進共振（resonance）的概念。 對應課本P.67 共振結構 為了解釋某些特殊的分子或離子，其結構無法以單一電子點式來描述（例如：臭氧），科學家引進共振（resonance）的概念。 共振結構： 是將分子或離子所有可能的電子點式都畫出來，並以混成的方式來表示其實際結構。

對應課本P.68 例題2-5 下列物質何者有共振結構？ 答：(A)(B)(E) 解析：

練習2-5 試寫出下列物質的路易斯結構： (1) HCN (2) CO2 (3) H2CO (1) (3) (2) 答：(A)(B)(E) 對應課本P.68 練習2-5 試寫出下列物質的路易斯結構： (1) HCN (2) CO2 (3) H2CO 答：(A)(B)(E) 解析： (1) (3) (2) 　

2-2.4 混成軌域 價鍵理論認為未成對價電子數，即為形成鍵結電子對的數目。 例如：HCl 思考：C原子 但CH2存在嗎？ 一個化學鍵 對應課本P.69 2-2.4 混成軌域 價鍵理論認為未成對價電子數，即為形成鍵結電子對的數目。 例如：HCl 一個化學鍵 思考：C原子 應該形成 二個化學鍵 但CH2存在嗎？ CH4才是穩定存在分子 四個碳－氫鍵皆等長

混成軌域（hybrid orbital） 由實驗結果顯示，甲烷中碳原子與氫鍵結的四個軌域皆相同。 對應課本P.69 混成軌域（hybrid orbital） 由實驗結果顯示，甲烷中碳原子與氫鍵結的四個軌域皆相同。 鮑林認為在形成共價鍵結時，能量相近的不同原子軌域會混合，重新形成數量相同的等能量新軌域，稱為混成軌域。 可使中心原子達到最多且最穩定的鍵結

混成軌域遵循原則 1. 混成軌域的數目永遠等於用來混成的原子軌域之數目。 2. 混成軌域的類型與用來混成的原子軌域之類型及數目有關。 對應課本P.69 混成軌域遵循原則 1. 混成軌域的數目永遠等於用來混成的原子軌域之數目。 2. 混成軌域的類型與用來混成的原子軌域之類型及數目有關。

對應課本P.70 sp 混成軌域－Be原子 1個s軌域 + 1個p軌域 2個sp混成軌域 將不同原子軌域混合 產生新的原子軌域

對應課本P.70 BeCl2的混成軌域 氯化鈹中鈹原子的兩個 sp 混成軌域分別與兩個氯的 3p 軌域形成 σ 鍵。

對應課本P.71 sp2混成軌域－B原子 1個s軌域 + 2個p軌域 3個sp2混成軌域

對應課本P.71 BF3的混成軌域 三氟化硼中硼原子的三個 sp2 混成軌域分別與三個氟的2p 軌域形成 σ 鍵。

對應課本P.72 sp3 混成軌域－C原子 1個s軌域 + 3個p軌域 4 個 sp3 混成軌域

對應課本P.72 sp3 混成軌域 一個 s 軌域 三個 p 軌域 混成形成四個 sp3 混成軌域

腦力激盪 為何sp3混成軌域會形成四面體，而非平面四邊形？ 解析：

氧原子的混成軌域：H2O 接近sp3混成軌域的角度 中心O原子，有二個未成對2p軌域，若形成共價鍵，鍵角應該為90o。 實際： O－H鍵角104.5o 接近sp3混成軌域的角度

氮原子的混成軌域：NH3 接近sp3混成軌域的角度 中心N原子，有三個未成對2p軌域，若形成共價鍵，鍵角應該為90o。 實際： N－H鍵角107.3o 接近sp3混成軌域的角度

例題2-6 試以 CF4 分子，回答下列問題： (1)寫出碳原子的基態電子組態。 (2) CF4 分子中，碳原子的混成軌域為何？ 對應課本P.74 例題2-6 試以 CF4 分子，回答下列問題： (1)寫出碳原子的基態電子組態。 (2) CF4 分子中，碳原子的混成軌域為何？ (4) CF4 分子的形狀為何？ 答：(1) 1s22s22p2 (2) sp3 混成軌域 (3) 四面體

例題 2-6 解析： (1) 碳原子的基態電子組態為 1s22s22p2 。 (2) 當碳原子和氟原子鍵結時，價電子會先由 2s 軌域提升至 2p 軌域： 1s22s12p3 ，然後再利用 1 個 2s 軌域和 3 個 2p 軌域進行混成，得到 4 個 sp3 混成軌域。 (3) 4 個 sp3 混成軌域會指向四面體的 4 個頂點，再與 4 個氟原子之 2p 軌域重疊，形成四面體形狀的 CF4 分子。

練習2-6 右圖為分子形狀的示意圖，可能是下列哪一個分子？ PCl3 (B) CH4 (C) CF4 (D) BH3 (E) H2O。 解析： 由分子形狀得知，中心原子的混成軌域為sp2，再與外圍原子以s軌域重疊，故可能的分子為BH3。

多重鍵－甲烷之單鍵 混成軌域可解釋有機多中心分子多重鍵性質。 乙烷 (C2H6)： 兩個碳原子均為sp3混成軌域。 (a) 分子形狀：四面體，鍵角約為109.5o。

多重鍵－乙烯之雙鍵 混成軌域可解釋有機多中心分子多重鍵性質。 (2) 乙烯 (C2H4)： 兩個碳原子均為sp2混成軌域。 多重鍵－乙烯之雙鍵　 混成軌域可解釋有機多中心分子多重鍵性質。 (2) 乙烯 (C2H4)： 兩個碳原子均為sp2混成軌域。 sp2 (a) 分子形狀：平面三角形，鍵角約為120o。

每個C均有一個未參與混成，且垂直此平面之2p軌域，利用側邊對側邊的方式重疊形成 sp2 每個C均有一個未參與混成，且垂直此平面之2p軌域，利用側邊對側邊的方式重疊形成

鍵能： (2) 特性： C－C單鍵347 kJ/mol，C＝C雙鍵614 kJ/mol， 小於兩倍單鍵鍵能。 對應課本P.75 鍵能： C－C單鍵347 kJ/mol，C＝C雙鍵614 kJ/mol， 小於兩倍單鍵鍵能。 (2) 特性： (扭轉時不影響核間軸軌域重疊程度)

對應課本P.76 順、反二氯乙烯 (a) 順二氯乙烯 (b) 反二氯乙烯 大原子在相同側 大原子在相異側

多重鍵－乙炔之參鍵 混成軌域可解釋有機多中心分子多重鍵性質。 (3) 乙炔 (C2H2)： 兩個碳原子均為sp混成軌域。 (a) 分子形狀：直線形，鍵角為180o。

對應課本P.76 乙炔之鍵結 碳原子的π鍵 乙炔分子 乙炔分子中的參鍵是由 一個σ 鍵和二個π 鍵組成

多重鍵－苯之混成軌域 碳原子是以 sp2 混成軌域和兩個碳原子及一個氫原子形成σ鍵。 未混成的 2p 軌域可和左側或右側碳原子的 2p 軌域形成π鍵。 可以產生共振結構

金鋼石之混成軌域 金鋼石和石墨是碳的同素異形體 。 混成： 碳原子以sp3混成軌域與四個碳原子結合。 (b) 形狀： 三維網狀固體。 (c) 性質： 碳原子的每個鍵結都一樣 熱量迅速且平均的分散 導熱性極佳。

石墨之混成軌域 (a) 混成： 碳以sp2混成軌域與三個碳原子結合。 (b) 形狀： 六邊形平面網狀固體。 (c) 性質： 可兩兩形成 π鍵，藉電子移動而可導電。 (d) 鍵級：

鑽石、矽晶、金剛砂與石英的結構

對應課本P.78 例題2-7 三聚氰胺（化學式C3H6N6），俗稱蛋白精，因其含氮量較高，而被中國不肖業者利用，添加在食品中以造成食品蛋白質含量較高的假像。右圖為三聚氰胺分子的結構式，試回答下列問題： (1)共有多少個sp2混成軌域原子？ (2)共有多少個sp3混成軌域原子？ 答：(1) 6 (2) 3

對應課本P.78 例題2-7 解析： 含有雙鍵的分子，會以 1 個 2s 軌域和 2 個 2p軌域進行混成，得到3個 sp2 混成軌域，而留下一個 p 軌域，再以兩個 p 軌域側邊對側邊重疊形成 π 鍵。故共有 6 個原子以 sp2 混成，3 個原子以 sp3 混成。

練習2-7 有關乙烷、石墨、苯、乙烯、乙炔之敘述，哪些正確？ 答：(A)(D)(E) 對應課本P.78 練習2-7 有關乙烷、石墨、苯、乙烯、乙炔之敘述，哪些正確？ (A) 乙烷、石墨、苯、乙烯、乙炔分子中的碳原子混成軌域，分別為 sp3、sp2、sp2、sp2、sp (B) C－C 間的鍵數：乙烷 > 石墨 > 苯 > 乙烯 > 乙炔 (C) C－C 間的鍵能：乙烷 > 石墨 > 苯 > 乙烯 > 乙炔 (D) 僅石墨和苯有共振結構 (E) 常溫常壓下，乙烷、乙烯和乙炔為氣體。 答：(A)(D)(E)

對應課本P.78 練習2-7 解析：

2-2.5 價殼層電子對互斥理論 路易斯結構： 將分子的鍵結以平面的方式顯現。可預測分子鍵結，但不知分子真正形狀。 對應課本P.79 2-2.5 價殼層電子對互斥理論 路易斯結構： 將分子的鍵結以平面的方式顯現。可預測分子鍵結，但不知分子真正形狀。 價殼層電子對互斥理論(VSEPR)： 可成功解釋分子形狀、鍵角關係。 經光譜分析來觀察分子，VSEPR的預測幾乎完全符合實驗結果。

VSEPR理論 中心原子附近的價電子對因帶負電而互相排斥。若價電子對相距愈遠，斥力愈小，結構就愈穩定。 價電子對可能是鍵結電子對 (bp)； 或孤電子對 (lp) 斥力關係為： lp – lp > lp – bp > bp – bp　

對應課本P.79 最小排斥力價電子對排列方式

VSEPR理論的應用-分子形狀預測 先找出中心原子： 電負度小的原子為中心 (氫例外)。 (2) 將分子或離子以AXmEn通式表示： (a) A：中心原子。 (b) X：外圍原子，m為外圍原子個數。 (c) E：孤電子對，n為個數。 ( m 和 n 為整數)

對應課本P.80 兩對價電子對之分子形狀

對應課本P.81 三對價電子對之分子形狀 116° ) 有孤電子對，鍵角被壓縮

對應課本P.82 四對價電子對之分子形狀

對應課本P.82 氨分子與水分子形狀比較

對應課本P.83 分子形狀和價殼層電子對之關係

補充：五對價電子對之分子形狀 蹺蹺板形 例：SF4 例：PCl5

補充：五對價電子對之分子形狀 例：BrF3 例：I3-

補充：六對價電子對之分子形狀 例：SF6 例：IF5 例：XeF4

例題2-8 請寫出下列分子或離子的形狀： (1) ClO3– (2) H2CO (3) H2S (4) CF4 (5) SO2 。 對應課本P.83 例題2-8 請寫出下列分子或離子的形狀： (1) ClO3– (2) H2CO　(3) H2S　 (4) CF4 　(5) SO2 。 答：(1)角錐 (2) 平面三角形 (3)彎曲形 (4)正四面體 (5)彎曲形

例題2-8 詳解 解析： (1) ClO3– 可標為 AX3E，故有 3 對鍵結電子對和 1 對孤電子對，為角錐形 對應課本P.83 例題2-8 詳解 解析： (1) ClO3– 可標為 AX3E，故有 3 對鍵結電子對和 1 對孤電子對，為角錐形 (2) H2CO 分子可標為 AX3，故有 3 對鍵結電子對，為平面三角形 (3) H2S 分子可標為 AX2E2 ，故有 2 對鍵結電子對和 2 對孤電子對，為彎曲形 (4) CF4 分子可標為 AX4 ，故有 4 對鍵結電子對，為正四面體 (5) SO2 分子可標為 AX2E，故有 2 對鍵結電子對和 1 對孤電子對，為彎曲形。

練習2-8 寫出下列分子的形狀、鍵角、中心原子的混成軌域： (1) NH4+ (2) NO3– (3) NO2 對應課本P.83 練習2-8 寫出下列分子的形狀、鍵角、中心原子的混成軌域： (1) NH4+ 　(2) NO3– 　(3) NO2 (4) NO2+　 (5) CO2　 (6) H2O。

對應課本P.83 練習2-8 解析：

歷屆試題-1 答：(C)

歷屆試題-1 詳解 解： 蒎的名稱有誤，依題圖結構化合物應為芘。其分子式C16H10，每個C原子有4個價電子，其中3個價電子與另外3個C原子連結成σ共價鍵，第4個價電子是 電子，可鍵結成 鍵，每個C原子上有一個 電子，此分子共有16個 電子，可以形成8個 鍵。 故選(C)

歷屆試題-2 答：(A)(B)(C)

歷屆試題-2 詳解 解： (D)水分子內有共價鍵，分子間有氫鍵及凡得瓦力。 (E)醋酸酐分子內有共價鍵，分子間無氫鍵但有凡得瓦力。 故選(A)(B)(C)。