選修化學
第二章 物質構造----化學鍵結
2014 年 3 月彙編(
※本章含基礎化學(二)第一章全部教材)
前言
化學鍵理論
一、化學鍵定義 1. 化學鍵就是指連接原子與原子間，形成穩定物種之作用力（實際表示時是一種能量， 即鍵能）。 2. 一般而言，形成化學鍵必放熱，該釋放之能量即為鍵能，放熱愈多表示鍵能愈大。 3. 原子與原子連接，若釋放之能量超過 kJ/mol 者，則有化學鍵產生。 二、化學鍵之種類： 1. ：電負度相差懸殊之二原子(通常為金屬與非金屬)結合時，產生電子______ ，而形成正負離子，藉靜電引力而結合者。 例：NaCl之電子點式 2. ：二原子(通常為非金屬與非金屬間) 電子對而結合者。 例：HCl之電子點式 3. ：金屬原子核浸在電子海中所形成的化學鍵(詳見第三節)。 ※此外，尚有不是化學鍵，只是分子間吸引力的 及 三、化學鍵之特性 1. 化合物中之化學鍵通常並非純粹之離子鍵或共價鍵，而是介於離子鍵與共價鍵之間， 如NaCl之晶體中亦有部分之共價性，而HCl之分子中亦有部份之離子性。 2. 具有方向性，而 與 則不具方向性。第一節
離子鍵(Ionic bond)
（ 8. (A)共價鍵：非金屬元素間以共用電子方式結合而 形成的化學鍵；(B)金屬鍵：金屬陽離子和自由電 子間以靜電引力結合而成的化學鍵。）d 離子鍵是兩個帶相反電荷的陽離子與陰離子之間的庫侖吸引力。 一、形成離子鍵之條件： 游離能低的金屬元素與電負度大的非金屬元素之間容易構成離子鍵，產生離子化合物 (或稱離子晶體)。 二、形成離子鍵時能量降低： 1. 將兩個各帶 q 單位電荷之陽離子與陰離子吸引近至 r 距離，位能會降低。 2. 「吸引」位能會隨距離縮短而降低。 3. 二離子之淨位能是吸引位能與排斥位能的總和。 4. 淨位能最低時，兩離子間距 r0(即鍵長)，形成離子鍵最 穩定的距離。 三、離子鍵強度的決定因素： 1. 陰陽離子電荷的大小。電荷越大，離子鍵越 。 例：MgO＞LiF ※基本上離子鍵能愈大，m.p.及 b.p.愈高，然仍應考慮晶體堆積方式及共價性程度之 影響。 2. 陽離子和陰離子之半徑和，即鍵長。鍵長越短，離子鍵越 。 例：LiF (570 kJ／mol) ＞ NaCl (492 kJ／mol) ＞ CsI (340 kJ／mol) 四、離子晶體之晶格能： 1. 離子對(Ion-pair)： (1)由位能曲線知，一個陽離子與一個陰離子結合時能量會降低，可形 成 一「離子對」。 (2)一個Na與一個Cl作用形成一對Na Cl 離子對時可降低能量492 仟焦／莫耳。 ( )g ( )g Na Na e H 496kJ ＋）Cl( )g e Cl( )g H 348kJ ( )g ( )g ( )g ( )g Na Cl Na Cl H 148kJ
d C= d 2 ( )g ( )g ( )( )g Na Cl Na Cl H 492kJ (492kJ/mol 即為NaCl之離子鍵能) 2. 離子正方(Ion-square)： (1) 兩個離子對靠近時，能量降低更多，稱為「離子正方」 (2) 離子對形成一個離子正方時，陰陽離子間可形成四個靜電 吸引力，但同時也產生了陽離子與陽離子之間以及陰離子 與陰離子之間的排斥力，但總靜電引力大於總靜電排斥力。因此離子正方比離子對 更穩定，而位能也因此降低636 kJ/mol。 3. 離子立方(Ion-cube)：位能降低 716 kJ/mol(更多) 4. 晶格能(結晶格子能，lattice energy)： (1) (莫耳)晶格能定羲：25℃、l atm 下，一莫耳離子晶體分開成氣態陰陽離子所需之能 量。 例：NaCl( )s Na( )g Cl( )g 之ΔH(＞0)即為NaCl之晶格能，其值為860 kJ/mol。 (2)晶格能愈大，表示離子形成晶體時放熱愈多，離子晶體愈穩定。下圖表示氯化鈉離 子對、離子正方以及固體晶格能所含能量與鈉離子及氯離子之關係。 【範例 1】 有關離子對、離子正方以及固體晶格之下列能量大小關係何者正確？ (A)離子對＞離子正方＞固體晶格 (B)離子對＞固體晶格＞離子正方 (C)離子正方＞固體晶格>離子對 (D)固體晶格＞離子正方＞離子對 圖
Ans ： (A) 【範例 2】 l mol 鈉和 l mol 氯在何種狀態時系統能量最高？ (A)Na( )g Cl( )g (B)Na( )g Cl( )g (C)Na Cl( )g (D)(Na Cl )2( )g (E)Na Cl( )s 。 Ans ： (A) 【範例 3】 (A)ΔH1稱為溶解熱 (B)ΔH2稱為汽化熱 (C)ΔH3稱為電子親和力 (D)ΔH4稱為鍵能 (E)ΔH5稱為溶解熱。 Ans ： (B)(D) 【範例 4】 鈉金屬之昇華熱為107 kJ/mol，第一游離能為 490 kJ/mol。氣態氯原子之生成熱為 121 kJ/mol， 電子親和力為－350 kJ/mol，而氯化鈉的晶格能為 860 kJ/mol。試寫出一莫耳氯化鈉晶體生成 之熱化學反應方程式。 Ans ： ( ) 2( ) ( ) 1 2 s g s Na Cl NaCl H 492kJ mol/ 【範例 5】 (1)下列二原子或二離子之距離為 100Å 時，何者能量為最低？ 3 1 2 6 5 4 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) 2( ) ( ) ( ) 2 2 H H H s l g g H s H H g g g Na Na Na Na NaCl Cl Cl Cl
(A)Na( )g ，Cl( )g (B)Na( )g ，Cl( )g (C)Na( )2g ，Cl( )2g (D)Na( )g ，Cl( )g 。 (2)有關氯化鈉晶體之形成，下列敘述何者正確？ (A)Na( )g Na( )g e 是放熱反應 (B)Cl( )g e Cl( )g 是吸熱反應 (C)Na( )g Cl( )g Na( )g Cl( )g 是放熱反應 (D)Na( )g Cl( )g Na Cl( )g 是放熱反應 Ans ： (1)A ； (2)D 【範例 6】 下列離子晶體中，何者之格子能最大？ (A)NaF (B)MgO (C)KCl (D)LiBr。
Ans ： (B)
※各種反應熱之定義
(1)莫耳生成熱： 25℃、1 atm 下，一莫耳物質由其成分元素生成時之能量變化(故元素之莫耳生成熱為 0)。 例： 2( ) 2( ) 2 ( ) 1 2 g g l H O H O ΔH = -285.8 kJ (即稱為H O2 ( )l 莫耳生成熱為-285.8 kJ) [註 1]：成分元素：以 25℃、1 atm 下，元素存在之狀態，如氧，應寫成O2( )g 。 [註 2]：元素之莫耳生成熱＝ 。 表 常見物質的標準莫耳生成熱(25℃、1 atm) 化學反應 生成物 名稱 生成熱 ΔH (千焦/莫耳) 化學反應 生成物 名稱 生成熱 ΔH (千焦/莫耳)H2(g)+1/2O2(g)→H2O(g) 水蒸氣 -241.6 C(s)+1/2O2(g)→CO(g) 一氧化碳 -110.5
H2(g)+1/2O2(g)→H2O(l) 水 -285.8 C(s)+O2(g)→CO2(g) 二氧化碳 -393.5
1/2N2(g)+1/2O2(g)→NO(g) 一氧化氮 +90.3 Ca(s)+1/2O2(g)→CaO(s) 氧化鈣 -635.5
1/2N2(g)+O2(g)→NO2(g) 二氧化氮 +33.86 Ca(s)+C(s)+3/2O2(g)→CaCO3(s) 碳酸鈣 -1207.1
C(s)+2H2(g)→CH4(g) 甲烷 -74.85 1/2N2(g)+3/2H2(g)→NH3(g) 氨 -46.0 2C(s)+3H2(g)→C2H6(g) 乙烷 -84.68 (2)莫耳分解熱：25℃、1 atm 下，一莫耳物質分解為成分元素時之能量變化。 例： 2 ( ) 2( ) 2( ) 1 2 l g g H O H O ΔH = 285.8 kJ (即稱為H O2 ( )l 之莫耳分解熱)
[註 3]：同一物質的莫耳分解熱與莫耳生成熱 。 (3)莫耳溶解熱：25℃、1 atm 下，一莫耳物質溶於水之能量變化。 例：AB( )s A(aq) B(aq) ΔH(可解離者) AB( )s AB(aq) ΔH(不可解離者) (4)莫耳熔解(化)熱：25℃、1 atm 下，一莫耳固體物質熔化變成液體所吸收之能量。 (5)莫耳汽化熱：25℃、1 atm 下，一莫耳物質由液態變成氣態所吸收之能量。
※反應熱計算及赫士(or 黑斯、赫斯；Hess’s law)定律：
I 複習：(1)ΔH＞0 → 吸熱反應(生成物位能較高) ΔH＜0 → 放熱反應(反應物位能較高) (2)方程式逆寫，反應熱等值異號 (3)方程式係數乘 n 倍，反應熱乘 n 倍 (4)方程式相加，反應熱相加 II 赫士定律：化學反應的反應熱，與反應物及生成物的 、 有關， 與反應的 無關。 例：已知 2( ) 2( ) 2 ( ) 1 2 g g g H O H O H 242kJ 2( ) 2( ) 2 ( ) 1 2 g g l H O H O △H＝－286kJ 試求H O2 ( )l H O2 ( )g 之H＝？ kJ 5. 離子鍵不具方向性： 離子鍵靠兩個相反電荷之間的靜電力而形成，二者可在任一方位上結合形成離子鍵，故不 具方向性。 6. 離子晶體的特性： (1)化學式為實驗式(即簡式)，無分子式。 (2)離子晶體具有一定的結晶面及一定的晶形，破裂時仍有一定的晶面及晶形。 (3)離子晶體固態不導電，熔化成液態可導電，可溶性離子晶體溶於水亦可導電，故為 電解質之一類，由於離子晶體乃藉由 導電，因此導電度較金屬 。
(4)離子晶體常具有較高 m.p.及 b.p.。 (5)構成離子化合物之離子，其化學性質與原來元素不同。如Na於水中極為穩定，而 Na與水會起劇烈作用；Cl於水中無色、無臭、無毒，而 2 Cl 於常溫則為黃綠色有毒氣 體。 (6)硬且脆，無延展性 【範例 7】 下列各項中均含有兩種元素，試預測此兩種元素形成離子化合物之簡式？ (1)鋁、氧 (2)鎂、溴 (3)鈉、氫 (4)鈣、氫。 Ans ： Al O2 3、MgBr2、NaH 、CaH2 【範例 8】 鹼金屬鹵化物之主要鍵結為？ (A)氫鍵 (B)凡得瓦力 (C)離子鍵 (D)金屬鍵 (E)共價鍵。 Ans ： C 【範例 9】 電子組態為1s22s22p4的元素，易與下列那一種電子組態的元素形成離子鍵？ (A) 1s22s22p6 (B) 1s2 (C) 1s22s22p4 (D) 1s22s2。 ns ： D 【範例 10】 低游離能之原子A 與電子親和力大的原子 B 結合成AB，則？ (A)AB為共價化合物 (B)AB固體缺乏延展性 (C)AB易被氧化 (D)AB在常溫常壓下不穩定 (E)AB晶體不導電。 Ans ： (B)(E) 【範例 11】
下列化合物成液態時，何者導電度最高？ (A)PCl3 (B)SiO2 (C)H O2 (D)BaF2。
Ans ： (D) 【範例 12】 「結合原子電負度差很大時，其鍵結為純粹之離子鍵」此句話是否為真？ Ans ：否
【範例 13】 對於離子晶體，下列敘述何者正確？ (A)離子晶體係正負離子間的引力組成 (B)離子鍵具有方向性 (C)在任何情況下離子晶體為電之良導體 (D)易溶於極性溶劑中 (E) m.p.及 b.p.均高。 Ans ： (A) (E) 【範例 14】 下列各晶體之m.p.高低順序何者正碓？(課本習題)
(A)MgO＞LiF＞NaCl＞RbI (B)LiF ＞NaCl＞RbI ＞MgO
(C)MgO＞RbI＞NaCl＞LiF (D)NaCl＞LiF＞RbI ＞MgO 。
Ans ： (A) 【範例 15】 已知A、B 為第三週期元素，且 A 有 2 個價電子，B 有 7 個價電子，則下列有關由 A、B 所 形成之化合物的敘述何者正確？ (A)固態及水溶液不能導電 (B)無延展性 (C)化學式為A B2 (D)常溫下是液體。 Ans ： (B) 7. NaCl型的堆積 (a)單位晶格 (b)配位數＝ 。 1 個Na周圍最接近的Cl有 個。 1 個Na周圍最接近的Na有 個。 (c)一個單位晶格實際上含有 個Cl、 個Na 個NaCl (d)若Na的半徑＝r，Cl的半徑＝r，單位晶格的邊長＝L，則 。
Cl
－Na
+ L L L C1 2 1 C1 8 1 Na 4 1(e)計算公式： (f)若Na的半徑＝r，Cl的半徑＝r，則： 不同離子間的最短距離：(r+ + r－) 相同離子間的最短距離： (r+ + r－) 【範例 16】 若知NaCl晶體中，相鄰的Na與Cl的距離＝2.8 Å，又知NaCl的式量＝58.5，則： (1)NaCl晶體的密度＝ g／cm3 (2)NaCl單位晶格的邊長＝ Å。 Ans ： (1) 2 .2 g/cm3 、 (2) 5.6 Å 【範例 17】 在氯化鈉晶體中，若鈉離子與氯離子接觸，氯離子之半徑為1.81 Å，而鈉離子的半徑為 0.98 Å，回答下列問題？ (1)氯化鈉晶體的單位晶格含氯離子和鈉離子各為多少個？ (2)氯化鈉晶體中兩個鈉離子之最近距離為多少 Å？ (3)氯化鈉晶體的密度為多少 g/cm3？ Ans ： (1)4 個、 (2)3.95 Å 、 (3)2.24g/cm3 l 2 2 d 2
【範例 18】 由NaCl晶體模型分析，下列結論何者正確？ (A)每個Na被緊鄰4 個Cl包圍 (B)對每個Na而言，離它最近的Na共有6 個 (C)每個單位晶格中總共含有 4 個Na和4 個Cl (D)Na和Na最近之距離＝2( Cl Na r r )＝單位晶格之邊長，而rNa 、rCl 分別為Na、Cl 之離子半徑 (E)Cl與Cl之最近距離＝ 2 1 (單位晶格之邊長)。 Ans ： CE 【範例 19】 下列有關氯化鈉晶體的敘述，何者正確？ (A)氯化鈉分子是氯化鈉晶體的最小單位 (B)晶體中Na與Cl的電子數，恰好一樣多 (C)晶體中Na與Cl均擁有惰性氣體原子的電子數目 (D)氯化鈉晶體中異電荷的靜電引力恰等於同電荷的靜電斥力，故十分穩定。 Ans ： (C) 【範例 20】 一化合物含X 與 Y 兩種元素，它的晶體屬於立方晶系，且其單位晶格中立方體之角落皆有 一 個X 原子，而立方體之中心含一個 Y 原子，則此化合物之化學式為下列何者？ (A)X Y4 (B)X Y2 (C)XY (D)XY4。 Ans ： (C) 【範例 21】 某離子晶體單位格子如圖所示，【○代表A，●代表B】則此晶體實驗式為？ (A)AB (B)AB2 (C)AB3 (D)A B3 (E)A B2 3。 Ans ： (C)
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊牛 刀 小 試＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
一、單選題 1、原子序為 17 的元素，可與下列何者原子序所代表的元素，結合成離子化合物？ (A) 35 (B) 19 (C) 17 (D) 9 2、下列各組原子，何者會以離子鍵結合？ (A)原子序 15 與 17 (B)原子序 17 與 11 (C)原子序 7 與 8 (D)原子序 6 與 9 3、鈉與氯作用生成離子晶體 NaCl，其失去電子變為陽離子者為： (A) NaCl 分子 (B) Na 原子 (C) Cl2分子 (D) Cl 原子 4、下列氯與鈉所形成各種化學物種狀態，何者能量為最低？ (A) NaCl(s) (B) Na＋Cl－ (g) (C) Na＋(g)＋Cl－(g) (D) Na (g)＋Cl (g) 5、當 Mg 和 O 原子形成離子鍵，下列有關敘述何者錯誤？ (A)價電子由 O 原子轉移到 Mg 原子 (B)離子鍵形成時會釋出能量 (C) MgO 在常溫常壓時較 Mg 穩定 (D) MgO 為高熔點的晶體 6、下列何者不是離子化合物？ (A) CO2 (B) NH4Cl (C) MgO (D) K2SO4 7、氯化鈉晶體中，每一個鈉離子被幾個氯離子所包圍？ (A) 4 個 (B) 6 個 (C) 8 個 (D) 12 個 8、下列何者有關離子晶體的陳述是錯誤的？ (A)硬而脆的固體 (B)高熔點 (C)良好的導電體 (D)通常可溶於水 9、下列化合物何者在液態與水溶液中皆可導電？ (A) NH3 (B) HCl (C) H2SO4 (D) MgC12 10、元素（Mg）與氮氣（N2）形成最穩定化合物的化學式為： (A) MgN (B) Mg3N2 (C) Mg2N (D) MgN211、已知 A、B 均為第三列元素，A 有 7 個價電子，B 有 2 個價電子，關於 A、B 所形成 化合物的敘述，下列何者正確？ (A)為金屬的氧化物 (B)為共價分子化合物 (C)無延性及展性 (D)固態及水溶液不能導電 ◎ 右圖為甲、乙、丙三種不同元素原子的電子排列示意圖。 （ 2. 找金屬與非金屬元素結合者。） （ 3. 。） （ 9. (A) CO2為分子化合物。） （11. 固態時，因其離子不能移動，故不導電。） （14. A 為 Cl；B 為 Mg；(A)化學式為 MgCl2；(B)為離子化合物；(D) 固態不能導電，但其水溶液有導電性。）
圖中「●」代表原子核，「。」代表核外電子。回答下列 12-14 題：
12、下列何者最有可能是由甲、乙與丙三種元素所組成 的穩定化合物？
(A) Mg(OH)2 (B) MgOH (C) AlOH (D) Al(OH)2 (E) Al(OH)3
13、甲與乙所組成的最穩定化合物，在常溫常壓時，具有下列何種性質？ (A)良導電性 (B)酸性 (C)鹼性 (D)可溶於汽油 (E)可溶於酒精 14、僅由丙元素組成的純物質與鹽酸或氫氧化鈉溶液（濃度約 3M）反應後，可以分離出的 產 物為下列何者？ (A)氫氣 (B)氧氣 (C)氫氧根離子 (D)一價的丙離子 (E)二價的丙離子 15、元素20 A〔 〕與元素17 B〔 〕，當A 與 B 化合時，可能的化學式為： (A) AB (B) AB2 (C) A2B (D) A2B3 16、下列有關食鹽的敘述，何者正確？ (A)此分子由一個氯原子和一個鈉原子所構成(B)NaCl 這種化學式的表示法稱為分子式 (C)氯和鈉以共價鍵結合 (D)在每個 Na 和 Cl 的外層均滿足 8 個電子 17、RbBr 與 NaF 之熔點分別為 682 ℃與 988 ℃，後者之熔點高於前者的主要原因為何者 (A)兩者之晶體結構不同 (B) NaF 之式量最小於 RbBr (C) NaF 中兩原子非金屬性的差大於 RbBr (D) NaF 中兩離子的距離小於 RbBr 18、具有下列價電子組態的原子中，最難形成離子鍵的為何者？ (A) 2s22p1 (B) 2s22p2 (C) 3s2 (D) 3s23p5 19、在氯化鈉結晶格子中，每一個氯離子周圍有六個最靠近的鈉離子，而每一個鈉離子周圍 也有六個最靠近的氯離子，試問每一個鈉離子周圍最靠近的鈉離子應有幾個？ (A) 6 (B) 8 (C) 10 (D) 12 ◎ 化學元素週期表的前三週期如下表所示。已知原子序 1-18 的元素，其第一主層原子軌域 可填入2 個電子，第二主層原子軌域可填入 8 個電子，第三主層原子軌域可填入 8 個電 子。甲與乙為下列週期表中的兩元素。甲原子的最外兩主層的電子數均為2，乙原子為地 殼中主要的元素之一，其最外主層電子數是次外主層電子數的3 倍。根據上文所述，並參 （16. H 與 O 形成的穩定化合物為 H2O。）
（17. 2 Al＋6 HCl → 2 AlCl3＋3 H2或 2 Al＋2 OH－＋6 H2O → 2 Al(OH)4－＋3 H2）
（20. A 形成 A2＋，而 B 形成 B－AB 2。）
考所附之週期表，回答20 題。
20、下列何者為甲元素？
(A) Li (B) Na (C) C (D) Be (E) Mg 21、下列哪一個化學式不是分子式？
(A) CH4 (B) NaCl (C) C60 (D) C17H35COOH
22、下列何者不屬於強化學鍵？ (A)離子鍵 (B)共價鍵 (C)金屬鍵 (D)氫鍵 23、金屬 A 元素的最外層電子組態為 ns2，B 元素的最外層電子組態為：ns2np5，則由A、B 兩 元素組成的安定化合物，其化學式為： (A) AB (B) A7B2 (C) AB2 (D) A2B7 24、下列各種離子晶體，熔點由高而低順序為何？
(A) MgO＞LiF＞NaCl＞RbI (B) MgO＞NaCl＞LiF＞RbI (C) NaCl＞LiF＞RbI＞MgO (D) MgO＞RbI＞NaCl＞LiF 25、下列何者其化學鍵具有方向性？ (A) HF(g) (B) NaI(s) (C) K(s) (D) KCl(s) 26、下列氯與鈉所形成各種化學物種狀態，何者能量最低？ (A)離子對氯化鈉，Na＋Cl－ (g) (B) Na＋(g)＋Cl－(g) (C) Na(g)＋Cl(g) (D)晶體氯化鈉 二、多選題 1、下列何者為離子化合物？
Ｃ(A) KOH (B) CaSO4 (C) Na2CO3 (D) NH3 (E) C2H5OH
2、金屬性顯著的元素與非金屬性顯著的元素所造成的鹽類化合物之特有性質是： (A)熔點低 (B)沒有一定的晶體結構 (C)常溫時為半導體 (D)熔融時可導電 (E)晶體固體缺乏延性及展性 3、甲為第三列元素有 1 個價電子，乙為第二列元素有 7 個價電子，下列關於甲與乙形成化 合 物的敘述，何者正確？ （ 1. (D) NH3；(E) C2H5OH 皆為分子化合物。） （ 2. 離子化合物離子鍵強，常溫常壓下為安定的晶體，無法導 電，必須熔化為液體才有顯著的導電性。） （12. 離子鍵與金屬鍵無方向性。） （11. (D)金屬與非金屬也可形成合金，如鋼即鐵與碳之合金。） （ 1. 液態離子化合物可導電。）（ 2. 找非金屬元素間的結合。）（ 3. 氧（O＝O）為雙鍵。） （ 6. (B) NaCl 為實驗式。） （ 7. E＜40 kJ／mol 不是強化學鍵。） （ 8. A 為Ⅱ A 族，B 為Ⅶ A 族 ∵A2＋＋2 B1－ → AB 2。） （18. Be 有 4 個電子，∴ ）
(A)化學式為 NaF (B)無延性及展性 (C)固態可導電 (D)水溶液有導電性 (E)水溶液為紅色
4、關於離子化合物 AB 的敘述，下列何者正確？
(A) AB（aq）中可能有A＋（aq）及B－（aq） (B) AB 固體缺乏延性及展性
(C) AB 晶體狀態時不導電 (D) AB(aq)有導電性 (E)化合物 AB 熔點很低 5、下列物質中何者不導電？ (A)氯化氫（熔融態） (B)硝酸鉀（固態） (C)硫酸銅（水溶液） (D)石墨（固體） (E)酒精（水溶液） 6、下列有關離子固體的敘述，何者正確？ (A)性硬脆 (B)固態不導電，水溶液導電 (C)熔、沸點一般很高 (D)常溫下為半導體 (E)熔融時可導電 7、下列離子鍵能的大小比較，何者不正確？
(A) MgO＞CaO (B) MgO＞LiF (C) KF＞NaF (D) NaBr＞NaI (E) NaF＞BaO 8、已知 X、Y 均為第二週期元素，且 X、Y 的價電子數依序為 1 個和 6 個，則下列有關由 X、
Y 所形成的化合物之敘述，何者正確？
(A)溶於水呈鹼性 (B)固態及水溶液均可導電 (C)化學式為 YX2
(D)無延性及展性 (E)常溫下為液體 9、關於 NaCl(s)晶體的敘述，哪些正確？
(A) NaCl(s)晶體中的離子鍵不具方向性 (B)離子半徑 Cl－＞Na＋
(C)每一個 Na＋最近距離的Cl－有6 個 (D)晶體形狀為正八面體
(E)每一個 Na＋最近距離的 Cl－有12 個
（ 6. 離子化合物的特性：(1)離子鍵強，故熔、沸點很 高；(2)常溫時離子固體不導電，溶於水可導電， 熔融時也可導電。）
（ 8. X 為 Li，Y 為 O此化合物為 Li2O（X2Y），屬於離子化合物…(C)； (B)固態時不能導電；(E)應為固體。）
（ 1. X 為 Li，Y 為 O 此化合物為 Li2O(X2Y)，屬於離子化合 物 (C)；(B)固態時不能導電；(E)應為固體。） ＣＤ
※
牛刀小試解答※
一、單選題
1.B 2.B 3.B 4.A 5.A 6.A 7.B 8.C 9.D 10.B 11.C 12.E 13.E 14.A 15.B 16.D 17.D 18.B 19.D 20.D 21.B 22.D 23.C 24.A 25.A 26.D 二、多選題
1.ABC 2.DE 3.ABD 4.ABCD 5.ABE 6.ABCE 7.CE 8.AD 9.ABCD
第二節 共價鍵(covalent bond) 1. 兩結合原子共用電子對而形成的化學鍵稱為共價鍵。 2. 游離能或電負度相差不大或相等之兩原子，共用電子，使其電子組態達成鈍氣之電 子組態而形成共價鍵。 3. 共價鍵的種類： (1) 依鍵數(或稱鍵級)分： a. 單鍵：共用一對電子對者。例如 H2。 b. 雙鍵：共用兩對電子對者，稱為雙鍵。例如 O2。 c. 參鍵：共用三對電子者，稱為參鍵。例如 N2。 (2) 依共用電子提供之情形分： a. 典型共價鍵：共價鍵的形成由二個原子各提供等量之電子。(大多屬此) b. 配位共價鍵：有時共價鍵的形成是完全由其中一個原子提供共用電子對，而另 一原子提供 ，此種共價鍵稱為配位共價鍵。 3 4 NH H NH圖示 為 H →
一、氫分子的鍵結 l. 氫分子(H2)形成的能量描述： (1)當二個H原子由距離r 接近到r r e，H2分子的 穩定度隨距離的縮小而增高。 (2)當r r e時，能量的釋出最多，位能最低，所結合而 成的H2分子也最穩定。 (3)對H2分子而言，其平衡距離為0.74Å 而釋出能量為 437 kJ/mol。 (4)當原子間的距離比re更靠近時(即r＜re)，兩原子間之斥力會急遽增加，斥力增加 要比引力增加大，結合的分子反而趨於不穩定。 (5)氫分子中，兩原子核間之距離即鍵長(即re)，決定於引力及斥力的平衡。 2. 氫分子形成的軌域描述： 分子軌域的形成： (a)二個 1s 原子軌域互相接近 (b)原子軌域發生重疊 (c)形成分子軌域 (1)每個氫原子的 1s 原子軌域只有一個電子。 (2) 1s 軌域的電子絕大部分分佈在離核約 1.75Å 的範圍內。 (3)兩個氫原子互相接近至 3.5Å 時，兩原子的 1s 軌域部份重疊，重疊部分越多，分子 越趨穩定而形成共價鍵。 (4)當共價鍵形成，兩個 1s 電子可自由活動在二個氫原子核的周圍而被共用。 【範例 1】 下圖表示氧分子的位能隨其原子間距離變化的關係圖。下列對於O2分子之敘述何者正確？ (A)O2的鍵長約等於AB (B)O2的解離能約等於CD re
(C)O O 間距離為AC 時，氧原子間的引力小於斥力 (D)O O 間距離為AB 時，氧原子間的引力恰等於斥力 (E)O O 間距離小於AC 時，氧原子間的斥力隨距離減小而增加。 Ans ： (B)(E) 二、路以士電子式，路以士結構式，結構式 八隅體：原子結合時常變成鈍氣的電子組態。 (1)單鍵結合 例1：H2 例 2：HCl (2)雙鍵結合 例1：O2 例2：CO2 CS2 (3)三鍵結合 例1：N2 例2：CO CN NO (4)配位共價鍵結合 例1：NH3 H 例2：BF3 F 例3：NH3BF3 (5)ABn分子(B 為氫原子或鹵素原子)電子式的畫法：
路以士電子式 路以士結構式 結構式 2 H O 3 NH 3 NF 4 CH 4 CCl 3 BF (6)ABn分子或 m n AB 離子(B 為氧原子)電子式的畫法： 例：畫出下列分子或離子的電子式(討論共振的概念)： (1)CO2 (2)SO2 (3)NO3 (4)SO3
(5) 2 3 SO (6) 2 4 SO (7)ClO3 (8) 2 3 CO (7)NO2及N O2 4 (8)A B2 n分子 例1：C H2 6 例 2：C H2 4 例3：C H2 2 例 4：N H2 4 例5：N F2 2 例 6：H O2 2 三、分子形狀及混成軌域(VSEPR 理論) 表VSEPR：電子對、化學式、幾何形狀及分子形狀 電子 對數 未鍵結 電子對 化學式 幾何形狀 分子幾何形狀 理想鍵角 實例 混成 軌域 2 0 AX2 直線形 X－A－X 180° BeCl2 sp 3 0 AX3 平面 三角形 120° BF3 2 sp 3 1 AX E2 角形 120° SO2 sp2 4 0 AX4 四面體形 109.5° CH4 sp3
4 1 AX E3 三角錐形 109.5° NH3 sp3 4 2 AX E2 2 角形 109.5° H O2 sp3 5 0 AX5 雙三角錐 90°，120°180° PCl5 sp d3 5 1 AX E4 蹺蹺板形 90°，120°180° SF4 sp d3 5 2 AX E3 2 T 形 90°，180° ClF3 sp d3 5 3 AX E2 3 直線形 180° XeF2 sp d3 6 0 AX6 八面體形 90°，180° SF6 sp d3 2 6 1 AX E5 四角錐形 90°，180° BrF5 sp d3 2 6 2 AX E4 2 平面 四方形 90°，180° XeF4 3 2 sp d ※補充資料※ 分子形狀及混成軌域的速解方式： m n AB 要如何看出 a b AX E 的形態： 1. 整數 餘數 8 價電子總數 ( H原子的價電子數視為7 個) 整數值=a b 2 餘數 2. a b 的值 混成軌域 2 sp
3 sp2 4 sp3 5 sp3d 6 sp3d2 【例題】 (1)BF3 (2) 2 3 SO (3)NH4 (4)SF6 (5)ICl4 (6)XeF2 四、單鍵 1. 兩個氫原子可因 1 s 軌域的重疊產生鍵結，核間軸周圍的電子密度能均勻、對稱而分佈 開，這種共價鍵結稱為σ 鍵。 2. s 軌域與 s 軌域重疊，s 軌域與 p 軌域重疊，或 p 軌域與 p 軌域頭對頭的方式重疊產生 的分子軌域稱為σ 軌域，此軌域沿著兩原子核之直線成圓筒對稱且具有相同的電子分 佈，其電子密度集於兩核之間，這種形式的鍵稱為σ(讀音：Sigma)鍵。 ※ s－s：s 軌域對 s 軌域結合的 σ 鍵，如 H2。
s 與 s 軌域 重疊 ※ s－p：s 軌域對 p 軌域結合的 σ 鍵，如 HCl。 s 與 p 軌域 重疊 ※ p－p：p 軌域對 p 軌域結合的 σ 鍵，如 Cl2。 p 與 p 軌域 以頭碰頭重疊 3. 混成軌域與分子形狀： (1) 1 個分子若由兩個以上的原子所組成時，只考慮原子軌域的重疊，並不能解釋分子 的形狀。 (2)為了能夠解釋鍵結現象以及分子結構，科學家提出“混成”觀念，他們認為中心 原子價電子所佔有的價軌域可先經混成作用(hybridization)而變成混成軌域 (hybrideorbital)，然後再以此混成軌域形成化學鍵。 (3)sp3混成軌域---以C為例 （基態） （激發態） （C 的 sp3混成軌域） sp3混成軌域之每一個軌域具有 4 1 s 及 4 3 p 軌域的性質，其電子的排列仍應遵照 庖立不相容原理及罕德規則。 (a)四面體： 甲烷CH4中，C可形成四個共價鍵，故2s 之電子必須提陞，再與 p 軌域混成 4 個 sp3半填滿軌域，各軌域夾角為109.5˚，其分子形狀為四面體。除 4 CH 外， 2s 2p 提陞 混成
4 CF ，SiH4，SiCl4，NH4 ， 2 4 SO ， 4 BF中心原子均以sp3混成軌域結合，分子 形狀均為四面體結構。 (b)三角錐形： 3 NH 的分子，中心原子也以sp3混成軌域結合，然而形狀與甲烷略異 2s 2p 2p 2p sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 N： 混成 3H 分離的N 原子 NH3中N的混成 NH3（化合態） 3 NH 分子中氮原子仍保有3 個半填滿 sp3軌域，與H原子1s 軌域重疊，有 1 對 孤對電子對佔據sp3軌域，也因電子雲的壓縮使H N H 之鍵角由109.5˚縮小為 106.7˚。 (c)角形(彎曲形)： 2 H O的分子，中心原子也以sp3混成軌域結合，然而形狀與甲烷、 3 NH 不同 2s 2p 2p 2p sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 sp3 O： 混成 2H 分離的O原子 H O2 中O的混成 H O2 （化合態） H O2 分子中氧原子有兩個半填滿sp3軌域與H原子1s 軌域重疊，有兩對孤對電子對佔 有sp3軌域，因電子雲的壓縮使H O H 之鍵角成為104.5˚。 例1：甲烷分子的形狀為正四面體，鍵角 109.5˚ 例2：氨分子的分子形狀為三角錐形，鍵角 107˚ 例3：水分子的分子形狀為角形，鍵角 104.5˚ (4)sp2混成軌域---以B為例
由1 個 s 軌域與 2 個 p 軌域混合而成 3 個相同的 sp2軌域，此混成軌域具 3 1 s 及 3 2 p 軌域的性質，各混成軌域的夾角為120º，混成軌域的分子形狀為平面三角形。 （基態） （激發態） （B的sp2混成軌域） (5)sp 混成軌域 由1 個 s 軌域與 1 個 p 軌域混合而成 2 個相同的 sp 軌域，此混成軌域具有 2 1 s 及 2 1 p 軌域的性質，其軌域夾角為 180º，分子形狀為直線形。如BeCl2分子中，鈹原子 是由sp 混成軌域與氯原子的 3p 軌域結合，形成直線結構，鍵角為 180º。 五、鍵角 1. 對稱的相同形狀，鍵角 。 例如：CH4 SiH4 GeH4 SnH4 (都是 109.5º) 3 3 3 3 BF BCl BBr BI (都是 120º) 2. 不同的形狀，鍵角 。 例如：BeF2(180º)＞BF3(120º)＞CF4(109.5º) 3. 基本形狀相同(相同的混成軌域)，自由電子對多的，鍵角 。 例如：CH4(109.5º)＞NH3(107º)＞H O2 (104.5º)……正常的 2s 2p 提陞 混成 sp2 sp2 sp2
CF4 (109.5º)＞OF2(103º)＞NF3(102º)………特殊的 4. 同族元素之化合物：不對稱的相同形狀，中心原子不相同，外圍原子相同，中心原子 電負度大者鍵角 。 例如：NH3(107º)＞PH3(93.3º)＞AsH3(91.8º)＞SbH3(91.3º) H O2 (104.5º)＞H S2 (92.2º)＞H Se2 (91º)＞H Te2 (89.5º) 週期表中IVA，VA，VIA 元素氫化物之鍵角： ∠H X H ∠H X H ∠H X H 4 CH 109.5 NH3 107 H O2 104.5 4 SiH 109.5 PH3 93.3 H S2 92.2 4 GeH 109.5 AsH3 91.8 H Se2 91.0 4 SnH 109.5 SbH3 91.3 H Te2 89 【範例 2】 下列各組均有兩種物質，何組原子間的鍵結方式不同？
(A)NaCl，HCl (B)O2，N2 (C)NaCl，MgO (D)Na，Cu。
Ans ： (A) 【範例 3】 晶體中含有離子鍵與共價鍵的物質為？ (A)KCl (B)KClO3 (C)Na CO2 3 (D)HCN。 Ans ： (B)(C) 【範例 4】 下列何組兩成分間不可能共價結合？ (A)NH2，OH (B)NH3，BF3 (C)BF3，H (D)NO2，NO2 (E)CH2，CH2。 Ans ： (C) 【範例 5】
選出與事實不符合之陳述？ (A)HF分子為直線形 (B)NH4 為角錐形離子 (C) 2 OF 為角形 (D)BF3形狀為角錐形 (E)SiCl4為平行四邊形。 Ans ： (B)(D)(E) 【範例 6】 化學鍵： (A)包含共價、離子、金屬鍵 (B)化學鍵形成時必放能 (C)化學鍵之強度：參鍵＞雙鍵＞單鍵 (D)游離能相接近之元素互相結合而形成離子鍵 (E)每一原子均有一空價軌域始能形成化學鍵。 Ans ： (A)(B)(C) 【範例 7】 與SO2分子之總價電子數相等者為？ (A)SCN (B)NO2 (C) 3 N (D) 3 O (E)Ca2。 Ans ： (B)(D) 【範例 8】 已知兩元素X、Y 之電子組態 X：1s22s22p1，Y：1s22s22p5，則X 與 Y 形成穩定分子的的混 成軌域為？ (A) sp2 (B) sp (C) sp3 (D) p3 (E) s2p。 Ans ： (A) 【範例 9】 (1)畫出下列化合物之電子點式？ (A)MgCl2 (B)Li O2 (C)CaS 。 (2)下列各化合物哪些不符合八隅體規則？ (A)H2 (B)Cl2 (C)O2 (D)N2 (E)CO2 (F)CH4 (G)BF3 (H)C H2 6 (I)C H2 4 (J)C H2 2 (K)NO。
Ans ： (2)GK 【範例 10】 下列各組中粒子接近時，不能形成化學鍵者為？ (A)BH3 H (B)NH3 H (C)H O H2 (D)NH3BF3 (E)NH4 BF3 。 Ans ： (A)(E) 【範例 11】 由CH3，OH，NH2基所組成的安定化合物有多少種？ Ans ： 6 種 【範例 12】 下列各組分子，鍵角大小次序，那一項錯錯誤？ (A)H O2 ＞H S2 ＞H Se2 (B)BeF2＞BF3＞CF4 (C)H O2 ＞NH3＞CH4 (D)NH3＜PH3＜AsH3 (E)OF2＜NH3＜CCl4。 Ans ： (C)(D) 【範例 13】 分子形狀彼此不相同者為何組？ (A)CH4及NH4 (B)C O2 42 及 3 NH (C)H O2 2及H S2 2 (D)O3及SO2。 Ans ： (B) 【範例 14】
3 BF 最易與下列那一種分子結合？ (A)N2 (B)NH3 (C)Ne (D)CH4。 Ans ： (B) 【範例 15】 下列何者不是直線形？ (A)C H2 2 (B)I3 (C) 2 CO (D)HCN (E)OF2。 Ans ： (E) 【範例 16】
下列何者之鍵結方式與NaOH完全相同？ (A)H O2 (B)NaCl (C)I2 (D)KNO3。
Ans ： (D) 【範例 17】 化學家常用“同電子律”來預測不同物種之結構，例如CH4與NH4 具相同之電子數及排列， 故有相同之四面體結構。依此原理完成下表格，即寫出a，b，c，d 各為何物？ 4 CH C H2 6 2 3 CO b 2 2 4 C O d 4 NH 2 2 6 N H a NO2 c N2 Ans ： a NO3 ，b CO 2，c N O 2 4，d CO 六、多鍵 1. 雙鍵：由一個 σ 鍵及一個 π 鍵組成 (1)π 鍵是因 2 個 p 軌域平行重疊而形成，在核間軸上之電子密度為 ，如圖
(2)乙烯(C2H4)分子中之雙鍵一為 σ 鍵，另一為 π 鍵 (3)O O 鍵能為493 kJ/mol，鍵長 1.21Å，H O2 2中之O O 鍵能261 kJ/mol，鍵長 1.48Å 2. 參鍵：由一個 σ 鍵及兩個 π 鍵組成 (1) 氮(N2)分子中之鍵結 ：N：：：N： ：N≡N： (2) 元素氮之氮原子間參鍵極強，N2之解離能很大，比聯胺(N H2 4)之N N 鍵強6 倍 2( )g 945 2 ( )g N kJ N 2 2 159 2 2 H N NH kJ NH 七、極性 1. 化學鍵的極性： 不同原子間的共價鍵 極性 相同原子間的共價鍵 極性。 2. 分子的極性： 對稱的分子 極性 不對稱的分子 極性。 3. 鍵矩：化學鍵極性大小的定量值。 4. 偶極矩：分子極性大小的定量值。 【範例 18】 下列何者化學鍵之離子性最大？ (A)P Cl (B)H Cl (C)Br Cl (D)S Cl (E)Cl Cl 。 Ans ： (B)
【範例 19】 試預測BF3分子的極性。 Ans ： BF 3 為非極性分子 【範例 20】 若某生對三氟化硼(BF3)畫出兩種結構(I)及(II)，實驗結果顯示該分子無極性，則何種結構 較為合理？說明之。 Ans ：以 I 較合理，因分子偶極為零，若為 II ，則分子偶極不為零。 【範例 21】 判斷下列分子是否具有極性？ (1)C H2 2 (2)C H2 4 (3)H S2 (4)H O2 (5)Cl CO2 。 Ans ： (1) 無極性； (2) 無極性； (3) 有極性； (4) 有極性； (5) 有極性 【範例 22】 判定下列各分子的分子極性，並解釋之：NF3, CHCl3, HBr, CS2, SO2, CH Cl2 2 Ans ：極性分子： NF 3, CHCl3, HBr, SO2, CH2Cl2 因具極 性鍵，且其電偶極未互相抵消。 非極性分子： CS 2 雖具極性鍵，但因分子為直線形 而互相抵消。 <類題 1>下列分子中，何者為極性分子？ (A)CS2 (B)BeCl2 (C)CO2 (D)SCl2。 <類題 2>下列何者為極性分子？ (A)CO2 (B)H O2 (C)CH4 (D)CCl4。 <類題 3>下列分子中，何者為非極性分子？ (A)SnCl2 (B)SCl2 (C)CS2 (D)SO2。 <類題 4>下列分子中，哪些是極性分子？
(1)NF3 (2)SO2 (3)BF3 (4)CH Cl2 2 (5)C H2 2 (6)BeH2 (7)NO2。 Ans ： (1)D 、 (2)B 、 (3)C 、 (4) 1,2,4,7 【範例 23】 下列共價分子中，何者具有鍵極性，卻為非極性分子？ (A)H O2 (B)CO2 (C)CHCl3 (D)Cl2。 Ans ： (B) <類題>下列何者具有極性鍵的非極性化合物？ (A)H O2 (B)PH3 (C)CCl4 (D)PCl5 (E)BF3。 Ans ： (C)(D)(E) 【範例 24】 下列敘述，何者正確？ (A)SO2分子的幾何結構為直線形，為非極性分子 (B)CO2分子的幾何結構為直線形，為非極性分子 (C)BeCl2分子的幾何結構為直線形，為非極性分子 (D)H O2 分子的幾何結構為直線形，為非極性分子。 Ans ： (B)(C) 【範例 25】 下列分子中，何者的分子偶極矩為零？ (A)H O2 (B)NH3 (C)CO2 (D)HCl。 Ans ： (C) 【範例 26】 下列那些分子或元素之化學鍵具有方向性？ (A)C( )s (石墨) (B)Na( )s (C)Cu( )s (D)NaCl( )s 。 Ans ： (A)
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊牛 刀 小 試＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
1、下列反應皆為吸熱，何者之 ΔH 值最大？ (A) F2(g) →2 F(g) (B) Cl2(g) → 2 Cl(g) (C) O2(g) → 2 O(g) (D) N2(g)→2 N(g) 2、下列分子的化學鍵能何者最小？ (A) Cl2 (B) O2 (C) N2 (D) F2 3、有關 π 鍵與 σ 鍵的敘述，下列何者正確 (A) σ 鍵在核間軸上的電子雲密度為 0 (B)三鍵含 2 個 σ 鍵和 1 個 π 鍵 (C) σ 鍵強度大於 π 鍵，是因為 σ 鍵有較大之重疊程度，所以單鍵比雙鍵強 (D) π 鍵不能繞軸旋轉，而 σ 鍵可以 4、右圖為 H2、I2、HI 分子形成時之位能曲線圖。請問 H2 、I2、HI 各為圖中之甲、乙、丙何者？(A)甲：H2；乙：I2；丙：HI (B)甲：I2；乙：HI；丙： H2
(C)甲：H2；乙：HI；丙：I2 (D)甲：I2；乙：H2；丙：HI
5、維他命 A（C20H30O）的分子結構如右圖，則其中有多 少個 碳原子是以sp2混成軌域參與鍵結？ (A) 9 (B) 10 (C) 11 (D) 12 6、下列有關碳原子形成 sp2混成軌域的敘述，何者正確？ (A)三個無方向性的 sp2混成軌域 (B)三個相同的軌域，每個軌域內，含有一個電子 (C)另一個未混成的 p 軌域，與此三個 sp2混成軌域，處在相同的平面上 (D)三個 sp2混成軌域內各含有一對自旋方向相反的電子 7、下列有關各分子的幾何形狀與其中心原子之混成軌域的敘述，何者正確？ (A) SO2Cl2為sp3混成，四面體 (B) XeF4為sp3混成，四面體 (C) SF4為sp3混成，四面體 (D) SO3為sp3混成，角錐體 8、下列分子的鍵角何者最大？
(A) H2CO 中之 H－C－H (B) CH3OCH3中之C－O－C
9、下列何種軌域互相靠近可重疊而生成 σ 鍵？ (A) (B) (C) (D) 10、下列分子或離子的形狀何者錯誤？ (A) ClO4－為正四面體形 (B) HCN 為角形 (C) CO32－為平面三角形 (D) NO2為角 形 11、下列何者分子的中心原子和外圍原子的鍵結軌域重疊方式可用 右圖表示？ (A) CH4 (B) SF4 (C) CCl4 (D) XeF4 12、下列有關混成軌域的敘述，何者錯誤？ (A)中心原子以 sp2混成軌域與周圍原子鍵結時，其鍵角為109.5° (B)參與混成之軌域其能量需相近 (C)轉動乙烯分子的碳－碳核間軸，將會破壞 π 鍵 (D)有 n 個軌域參與混成，可產生 n 個混成軌域 13、下列有關(甲)苯；(乙)乙烷；(丙)乙烯；(丁)乙炔分子中碳－碳鍵長的比較，哪一個是 正確的？ (A)甲＞乙＞丙＞丁 (B)乙＞甲＞丙＞丁 (C)丁＞丙＞甲＞乙 (D)丁＞甲＞乙＞丙 14、下列有關 σ 鍵與 π 鍵的敘述，何者錯誤？ (A)σ 鍵可由原子軌域或混成軌域沿著兩原子核間軸的方向重疊而成 (B)π 鍵可由兩個 p 軌域平行重疊而成，在核間軸上的電子密度為零 (C)σ 鍵存在於單鍵或雙鍵中，而 π 鍵僅能存在於多鍵中 (D) 分子中有10 個 σ 鍵及 2 個 π 鍵 15、下列分子中，所有原子不可能共處在同一平面上的是： (A) C2H2 (B) CS2 (C) NH3 (D) C6H6 16、有下列電子組態的甲、乙、丙、丁、戊五種元素中，哪兩者可以互相合成平面正三角形 的分子？(甲)（1s22s22p5）；(乙)（1s22s22p4）；(丙)（1s22s22p3）；(丁) （1s22s22p2）； (戊)（1s22s22p1） (A)乙與丁 (B)乙與戊 (C)甲與丙 (D)甲與戊 17、右圖之化合物具有茉莉香味，此分子中有多少個碳原子以 （14. 有 11 個 σ 鍵，1 個 π 鍵。） （ 8. (A)接近 120°；(B)＜109°；(C) 109°；(D) 107°。）
sp2混成軌域鍵結？ (A)一個 (B)四個 (C)六個 (D)七個 18、C60有幾個π 鍵？(A) 60 (B) 30 (C) 20 (D) 0 19、下列分子中，何者是直線形的非極性分子?(A) NO2 (B) CO2 (C) N2O (D) HCl 20、下列分子何者化學鍵有極性，但分子沒有極性？(A) NF3 (B) CH2Cl2 (C) O3 (D) SO3 21、下列分子中具有極性的共有幾個？ BeCl2、BF3、SO2、CH4、NH3、CO、CO2、PCl3、PCl5 (A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 5 22、膦（PH3）又稱磷化氫，在常溫下是一種無色有大蒜臭味的有毒氣體，電石氣（C2H2） 的 雜質中常含有磷化氫。以下關於PH3與C2H2的敘述何者正確？ (A)兩者的中心原子均以 sp2混成軌域結合 (B)兩者均為非極性分子 (C) sp3分子中有未鍵結的孤電子對 (D)P－H 鍵與 C－H 鍵均為非極性鍵 23、下列哪一個分子具較強的極性共價鍵？(A) H－F (B) H－Cl (C) H－Br (D) H－I 24、XY2為極性分子，且符合八隅體規則，則有關XY2的下列敘述何者有誤？ (A)分子形狀相似於 CO2 (B)中心 X 原子具有孤電子對 (C) XY2的形狀為角形分子 (D) XY2之中心原子鍵可能結軌域為sp2或sp3 二、多選題 1、下列有關離子及分子的敘述，哪些正確？ (A)水合質子 H3O＋，最安定的形狀為三角錐形 (B)因為 CO2為直線形，所以CO32－為不對稱的T 形 (C) NH4＋與BF4－皆為四面體形狀 (D)臭氧的形狀為直線形 (E)因為 PCl5為安定的分子，所以與P 同族的 N，也可形成 NCl5的分子，安定存在
2、下列分子中，哪些形成平面分子？(A) BeF2 (B)丙烯 (C) HCN (D)氨 (E)苯
3、下列哪些分子具有無定域共振的 π 鍵？(A) C2H2 (B) C6H6（苯）(C)石墨 (D) NO2
4、下列各化合物，哪些中心原子上具有孤電子對？ (A) CO2 (B) SO2 (C) I3－ (D) BeF2 (E) C2H4
5、下列五組分子中，哪幾組分子之立體結構相似？
(A) SO32－，BF3 (B) NH3，P4 (C) C2H2，BeF2 (D) CO2，H2O (E) C2H2，H2O2
6、如右圖表示的雙原子分子 H2，Br2，Cl2位能隨其原子間 距離變化的關係圖。下列對於圖形之敘述哪些正確？ (A)乙為 Cl2的鍵長約等於AB (B) Cl2的解離能約等於CD (C)甲為 H2產生解離能大於乙、丙 (D) Cl2最大間距離為AB 時，原子間的引力恰等於斥力 (E)丙為 Br2，原子半徑大，故鍵長大於H2 7、2 個 H 原子使用 1s1互相結合生成H 2分子時，以（s－s）表示其軌域重疊情形，則下列 分 子原子間軌域重疊情形哪些為正確？ (A) Cl2（p－p） (B) H－Cl（s－p） (C) CCl4（sp2－s） (D) H2O（p－s） (E) NH3（sp3－s） 8、A 表中心原子，X 表環繞 A 之原子，E 表示鍵結電子對，則下列哪些分子為線形？ (A) AX3E (B) AX2 (C) AX2E (D) AX2E3 (E) AXE3
9、下列分子中，哪些的中心原子具有 sp3混成軌域？(A) OF
2 (B) NF3 (C) CF4 (E) BF3
10、下列有關分子極性的比較，何者正確？
Ｄ(A) CO＞CO2 (B) SCl2＞BeCl2 (C) HCl＞HF (D) H2O＞H2S (E) OF2＞H2O
11、下列哪些為具有極性鍵的非極性化合物？
Ｅ(A) H2O (B) PH3 (C) CCl4 (D) BeCl2 (E) BF3
12、下列有關 BeF2、BF3、CF4、NF3四種氟化物之各項敘述何者正確？
(A)具有高鍵矩之分子，其分子必為極性分子 (B) BF3的分子極性約與NH3相等
(C) NF3的分子極性比其他氟化物為大
(D)氟化物中兩鍵結原子之游離能相差愈大，則其分子極性愈大 (E)該四種氟化物中，有三種為非極性分子
三、非選題 1、在 N2O4分子中： (1) N 的混成軌域為何？ (2) 共有幾個 σ 鍵和幾個 π 鍵？ 2、用 VSEPR 模型預測下列分子或離子的形狀： (1) CO32－ (2) H2S (3) I3－ (4) NO3－ 3、三種分子 H2O、NH3、BeH2，其鍵角的大小順序為何？ 4、按要求指出下列氧化物的空間構型、成鍵方式或性質： (1) CO2分子的空間構型及碳氧之間的成鍵方式。 (2) SiO2晶體的空間構型及矽氧之間的成鍵方式。 (3) 碳氧鍵的紅外伸縮振動頻率與鍵的強度成正比，已知 Ni(CO)4中碳氧鍵的伸縮振動 頻率為2060 cm－3，CO 分子中碳氧鍵的伸縮振動頻率為 2143 cm－2，則 Ni(CO)4中碳氧鍵的強度比CO 分子中碳氧鍵的強度為何？ (A)強 (B)弱 (C)相等 (D)無法判斷
※
牛刀小試解答※
一、單選題1.D 2.D 3.D 4.C 5.B 6.B 7.A 8.A 9.A 10.B 11.C 12.A 13.B 14.D 15.C 16.D 17.D 18.B 19.B 20.D 21.C 22.C 23.A 24.A
二、多選題
1.AC 2.ACE 3.BCDE 4.BC 5.BC 6.BCE 7.ABE 8.BDE 9.ABC 10.ABD 11.CDE 12.CE （ 3. BeH2為直線型，180°，而 NH3 、H2O 均為 sp3混成，但前者只 有一對孤電子對，而後者有兩 對，故後者角度較小。） （ 2. (1)電子數＝24，平面三角形；(2)電子數＝20， 角形；(3)電子數＝22，直線；(4)電子數＝24， 平面三角形。） （ 1. 。）
三、非選題 1、(1)sp2 (2)5、2 2、(1)平面三角形 (2)角形 (3)直線形 (4)平面三角形 3、BeH2＞NH3＞H2O 4、(1) 直線型，共價鍵（或 σ 鍵與 π 鍵）； (2) Si 與 O 透過共價鍵形成四面體結構，面體之間通過共價鍵形成空間網狀結構共價鍵 （或σ 鍵）；(3) B 。
第三節
金屬鍵(metallic bond)
一、金屬鍵通論： 金屬鍵是指在合金或金屬晶體中將兩個或更多的金屬原子結合在一起的一種吸引力。例 如鈉、銀、金等金屬只具有一個容易游離的價電子可參與鍵結，因此若要依據局部電子對的 鍵結理論，要使一個金屬原子同時與周圍很多的其他金屬原子發生共價鍵結是不可能的事 情。為了要了解金屬鍵結的本性，首先就需要有「電子海」(e1ectron-sea)的觀念。 金屬鍵，是由許多空價軌域的原子，藉著這些原子中容易移動的價電子所形成的，這 些電子可以在附近原子的空價軌域任意移動，它們和這些原子核間的作用並無不同，所以 我們實在不必區分那個電子是屬於那個原子的，可以把這些電子視為可在晶體中任意運動。 所以金屬晶體的結構可以想像為如下：一排一排金屬的陽離子很整齊的排在結晶格子上， 他們的價電子在整個晶體中來往運動不息，如有「電子海」一般。故金屬鍵不具方向性。 二、金屬鍵形成的條件：1. 低游離能；2. 有空價軌域 1. 低游離能或低電負度 金屬元素和類金屬元素的游離能通常小於 924 kJ/mol，而非金屬元素的游離能通常大於 924 kJ/mol。金屬原子因具有低游離能及低電負度的特性，價電子容易自由移動。 2. 空價軌域 金屬元素的價電子數目少，即有空之價軌域。有空價軌域，價電子才可以自由地進入鄰近 原子的空價軌域，接近其核。 三、金屬晶體的性質 1. 有金屬光澤。 2. 電和熱之良導體：導電性隨溫度的升高而 。由於金屬靠自由電子(即價電子)導電 一旦金屬受熱，電子海中之原子核振動增加，阻礙了價電子之流速；超導材料之觀念， 即是設法將原子核振動停止(降溫)，使價電子無阻礙而達成零電阻狀態。3. 有延展性。如圖示 4. 合金： (1)合金 合金(alloy)是由金屬與其它金屬或非金屬混合而成之均勻混合物。 若依成分比例來分，可分為兩種： (a)合金化合物：依一定比例結合而成的金屬晶體。 例：SnMg2，Cu Al3 ，MgCu2，Mg Pb2 ，Li Bi3 (b)固態溶液：均勻的金屬混合物，各元素的組成不一定。 例：黃銅是含Cu 65～70％，含Zn 30~35％之混合物 (2)合金的性質： (a)合金常產生局部 性，減少自由電子的活動，故常使導電度 降低 。 (b)合金中常因形成具方向性之共價鍵，故會變硬而脆；如於金屬中加入C、N 、P、S等， 常使金屬硬度 增加 ，但延展性 變小 。 (c)合金熔點會 改變 。 (d)合金光澤會 改變 。 四、金屬鍵的強度： 金屬鍵強度取決於價電子數的多寡(即 之大小)及原子半徑大小。 1. 價電子較多， 核電荷 較大的元素，則電子與核間引力較強；故核電荷越大，金屬鍵就 越強 。 2. 原子半徑大小：原子半徑越大，則原子核對價電子吸引力就越弱，反之則越強；故原 子半徑越大，金屬鍵就 越弱 。 五、能帶理論： 金屬是由無數個金屬原子所組成，而每個金屬原子又能夠互相作用。如圖所示，當n 個 鋰原子結合前，n 個 2 s 價原子軌域的能量相等，但在金屬晶體中，這些軌域可因原子間的 相互作用而形成n 個價分子軌域，來容納金屬中 n 個原子的價電子，由於價分子軌域間的能 量甚為接近且密集，能夠形成一個能量帶。
1. 價帶(valence band) 價電子所佔有之能量帶稱之為價帶 2. 傳導帶(conduction band) 未被價電子所佔滿的較高能量帶稱之為傳導帶。 3. 鋰的能帶： (1)鋰的能帶 若有 1023個鋰原子，結合前有1023個能量相等之原子軌域，形成晶體時，原子軌域組 合形成1023個能量差很小之分子軌域，這群密集的分子軌域，就稱為帶(band)。鋰 原子1s 軌域填滿了電子，因此，1s 分子軌域亦填滿了電子，但 2s 分子軌域只有一 半(能量較低者)填滿電子，這些電子若有能量供應，極易被激發而移至能量較高的 未填滿軌域(傳導帶)。 (2)金屬的導電 金屬之所以容易導電，是因為價電子只需很少量的能量就能從價帶躍遷到傳導帶中成為 不成對電子，並能在電場的作用下於整個晶體中自由移動。 4. 金屬、半導體及絕緣體之能帶差(Eg) (1)金屬導體 在金屬導體中，價帶與傳導帶緊緊鄰靠在一起，例如鋰及其他鹼金族元素。 (2)絕緣體 絕緣體中，價帶與傳導帶之能量差甚大，價電子甚難獲得足夠能量，從價帶躍遷到 傳導帶而導電，例如玻璃、金鋼石、橡皮等。 (3)半導體 半導體的導電性則介於導體與絕緣體之間，導電度隨溫度之升高而 ，因價帶 與傳導帶之間的能階差較絕緣體小，電子可因加溫而從價帶躍遷到傳導帶。例如：硼 矽、鍺、砷、銻、碲、釙、砈(即類金屬)
B、Si、Ge、As、Sb、Te、Po、At 【範例 2】 下列元素具有半導體的性質？ (A)Si (B)C (C)P4 (D)Cu (E)Ge。 Ans ： (A)(E) 【範例 3】 金屬之導熱及導電性均較非金屬為佳，因為？ (A)金屬常較非金屬更具完整之晶體結構 (B)金屬常較非金屬具較高之熔點 (C)金屬內之價電子較非金屬內之價電子具較大移動性 (D)金屬之游離能常較非金屬游離能高 (E)金屬原子常較非金屬原子含有更多電子。 Ans ： (C) 【範例 4】 下列有關物質導電性之敘述，何者不正確？ (A)半導體的導電性隨溫度的升高而增大 (B)金屬的價帶和傳導帶緊鄰在一起而能導電 (C)離子固體熔解後，因價帶和傳導帶能量差異甚小，而能導電 (D)絕緣體的傳導帶和價帶之能量相差過大，所以不能導電。 Ans ： (C) 【範例 5】 下列關於金屬晶體之敘述何者正確？ (A)金屬鍵可視為不具方向性的共價鍵 (B)金屬中加入C、P和S後可使金屬硬化，乃因此等元素能形成具有方向性之共價鍵 (C)金屬晶體可視為結晶格子上之陽離子與自由電子所組成 (D)金屬晶體導電，乃由於價電子之移動 (E)各種金屬之堆積結構均相同。
Ans ： (A)(B)(C)(D) 【範例 6】 下列敘述何者錯誤？ (A)離子晶體在液態及水溶液中之導電均靠離子之移動 (B)凡溶於水而可導電者不一定為離子晶體 (C)金屬導電時無化學反應發生 (D)金屬鍵強度與導電性大小成正比。 Ans ： (D) 【範例 7】 何種物質之傳導帶與價帶的能量差最大？ (A)Na (B)S (C)Si (D)Cu。 Ans ： (B) 【範例 8】 關於金屬晶體之下列敘述何項有誤？ (A)金屬元素中各原子僅為金屬鍵結合 (B)金屬晶體中的電子均為自由電子 (C)金屬晶體延展時，不會產生正電荷相遇之斥力 (D)參與金屬鍵之電子不再屬於某原子，而屬於整個晶體 (E)金屬鍵可視為一種沒有方向性的共價鍵。 Ans ： (B) 【範例 9】 下列有關金屬之敘述，何者不正確？ (A)金屬元素的價電子在整個金屬結晶格子中自由移動，故易導電 (B)金屬原子的層面可以滑動，因此具有延展性 (C)青銅用於製銅像是銅和鍚的合金 (D)合金是由兩種或兩種以上之金屬元素組成，金屬和非金屬元素無法組成合金。 Ans ： (D) 【範例 10】 有關離子晶體和金屬晶體的敘述，何者正確？ (A)離子晶體和金屬晶體在固態時皆具有導電性 (B)離子晶體不具延展性 (C)離子晶體的熔點一定較金屬晶體為高 (D)離子晶體的導熱性不良
Ans ： (B)(D)
第四節
共價網狀固體
一、共價網狀固體形成的原因
1. 非金屬原子間以共價鍵結合且需無限延伸成一度、二度或三度空間，才 能使所有原子相結合而滿足各原子的八隅體，則形成的物質稱為共價網 狀固體；而共價網狀固體並無獨立的分子存在，故常以＿＿＿＿＿＿＿ 表示其化學式。 例：(1) 共價網狀固體元素：主要有金剛石（C）、石墨（C）、矽（Si）等。 (2) 共價網狀固體化合物：主要有石英（SiO2）、金剛砂（SiC）等。 2. 由於共價鍵鍵能比一般分子間的吸引力大，因此共價網狀固體通常具有＿＿＿＿ 的熔沸點。 例：金剛石的熔點大於 3550℃。二、金剛石（
diamond，鑽石）
1. 結構：每個碳與＿＿＿＿＿個相鄰的碳原子以單鍵結合成 正四面體結構，並延伸成具有＿＿＿＿＿網狀結構的固體， ，鍵角為＿＿＿＿＿，其部分結構如右圖所示。 2. 性質： (1) 無色透明、折射率大的物質，其硬度為自然界物質中 最大者。 (2) 具高熔點與沸點，不具導電性，但導熱性＿＿＿＿＿。三、石墨（
graphite）
1. 結構：石墨是由共邊的六圓環互相聯結形成的層狀構 造所堆疊而成的固體；每一層內，每個碳原子都與鄰 近＿＿＿＿＿個碳原子以共價鍵結合，形成＿＿＿＿＿ 網狀結構，而層與層之間並無共價鍵，僅以微弱引力 （凡得瓦力）相結合，鍵角為＿＿＿＿＿，如右圖所示。 2. 性質： (1) 石墨呈灰黑色。 (2) 石墨具導電性，可作電極使用。 凡得瓦力 共價鍵說明：同一層結構中碳原子的部分價電子並未定域 化，因此可在層狀結構中移動，使得石墨具導電性。 (3) 石墨硬度小，質軟，可作為潤滑劑。 說明：因層狀結構間僅以微弱引力相結合，故容易滑動而斷裂。
四、矽
1. 結構：矽晶體中的結構與金剛石相似，每個矽與鄰近的＿＿＿＿個矽原子 以共價鍵的方式結合成正四面體結構，鍵角為＿＿＿＿＿＿。 2. 性質：矽為半導體元素和積體電路的材料。 註：p 型半導體為矽中摻雜Ⅲ A 族元素，而 n 型半導體為矽中摻雜 VA 族元素。五、石英
1. 結構：石英固體中，每一個矽原子與鄰近的＿＿＿＿＿個氧原子以共價 鍵方式結合，而每個氧原子也與鄰近的＿＿＿＿＿個矽原子以共價鍵結合 ，其立體結構與金剛石相似，故矽與氧原子的數目比為 1：2，其簡式為 SiO2。 （如下圖） ▲二氧化矽的結構示意圖 2. 性質：石英玻璃熔點較一般玻璃高，且石英也可作為光纖材料。 【範例 1】 下列關於鑽石與石墨的敘述，何者正確？ (A)均為三度空間共價網狀固體 (B)硬度：鑽石＞石墨 (C)鑽石中的碳鍵結量為 4 (D)均不具有導電特性 (E)石墨層狀結構中，具有可移動的價電子 Ans ： BCE 【範例 2】 關於石英（SiO2）與乾冰固體（CO2）的敘述，下列何者正確？ (A) CO2為分子式，SiO2為簡式 (B)兩者晶體結構相似，均為三度空間共價網狀固體 (C)兩者結構中，與碳原子、矽原子鍵結的氧原子數相同。(D)乾冰具有昇華的特性，石英則具有半導體的特性 (E)兩者具有高熔點且硬度大
Ans ： A
＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊牛 刀 小 試＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊
1. 下列物質何者最可能具有共價網狀固體的結構？ (A) SiC (B) SO2 (C) P4O10 (D) B2O3 2. 碳化矽（SiC）晶體具有類似金剛石的結構，其中碳原子和矽原子的位置是交 替的。在下列三種晶體①金剛石；②晶體矽；③碳化矽中，它們的熔點從高 到低的順序是： (A) ①③② (B) ②③① (C) ③①② (D) ②①③ 3. 如果使矽原子相連結，則該種結晶排列與何種晶體排列相同？ (A)金剛石 (B)金 (C)石英 (D)石墨 4. 下列有關金剛石，石墨及 C60之各項敘述，何者錯誤？ (A)均為碳的同素異形體 (B)均為共價網狀晶體 (C)金剛石中每個碳原子以單鍵和相鄰的碳原子結合 (D)三者固體以石墨導電性較佳 5. 碳與矽是屬於同一族的元素，下列有關這兩種元素氧化物的敘述，何者正確？ (A)二氧化矽是一種網狀固體 (B)二氧化碳的熔點比二氧化矽的熔點高 (C)室溫時，二氧化碳與二氧化矽都是氣體 (D)室溫時，二氧化碳是氣體，而二氧化矽是液體 6. 有關 SiO2與CO2之性質比較，下列敘述正確者為何？ (A) CO2為分子式，SiO2為實驗式 (B) CO2為分子化合物，SiO2為離子化合物 (C) CO2，SiO2皆為直線分子 (D)碳氧原子間之化學鍵為雙鍵，矽氧原子間之化學鍵為單鍵 (E)對水的溶解度：CO2＞SiO2 7. 下列有關矽之敘述何者錯誤？ (A)類似石墨網狀固體 (B)極純之矽可用為半導體 (C)鍵長比金剛石長 (D)熔點為第三列元素之最高者 (E)鍵角 120° 8. 下列敘述何者正確？(A)石墨和金剛石都是絕緣體 (B)金剛石是四面體結構的網狀物質 (C)離子化合物之氣化溫度都很高。 (D)在石墨中，層與層之間沒有作用力 (E)固態離子化合物為絕緣體，但離子化合物之水溶液可導電 9. 碳和矽皆為 IVA 族的元素，為何碳的氧化物 CO2為分子固體，但矽的氧化物 SiO2則為共價網狀固體？ 10. 玻璃是由 SiO2與金屬氧化物或碳酸鹽共熱而成的，它是否為共價網狀固體？
第五節
分子間作用力
第一部份 凡得瓦力
一、分子固體之形成 1. 構成單位：分子固體以分子為單元體，以凡得瓦力及氫鍵(少數分子)為引力所構成※
牛刀小試解答※
一、單選題1、A 2、A 3、A 4、B 5、A 二、多選題
6、ADE 7、AE 8、BCE 三、非選題 9、Si 與 O 間不會形成雙鍵，因此無 O＝Si＝O 分子存在，Si 與 4 個 O 連接而 O 與 2 個 Si 相連形成共價網狀固體。 10、玻璃不是共價網狀固體，雖然他的外表像固體，但它的 X 射線繞射圖卻和 液體相似，在短距離內雖然原子呈現有次序的排列，但長距離則不具有規 則性的結構，所以是一種非晶形固體。
2. 分子固體元素：位於週期表右上角的 16 種 。 3. 分子化合物：包括 氣體分子 、 酸 、 有機物 。 二、分子間的作用力 1.分子間之作用力比共價鍵、離子鍵及金屬鍵等化學鍵的結合力要 小 的很多，若不包含氫 鍵在內，通常作用力小於 5 kJ/mol。 2.分子間的作用力可分為 凡得瓦力 與 氫鍵 (少數分子才有)兩種。 三、凡得瓦力 1.偶極－偶極力： (1)起因於 永久電偶極間的引力。 A.異性電荷靠近時具有靜電吸引力。 B.同性電荷靠近時具有靜電斥力。 (2)氣態分子間距離較遠，偶極－偶極作用力甚微。 (3)溫度降低或加大壓力時，分子間距離拉近則偶極引力 增大 ，使分子凝聚為液體或固體 (4)液體分子之極性愈大，分子間之引力愈 大 ，則 b.p.、汽化熱、均愈 高 。 2.偶極－誘導偶極力： (1)發生於 與 間。 (2)當極性分子接近非極性分子時，能使非極性分子或原子的電荷分佈產生 ，使正電荷中心與負電荷中心偏離而形成誘導偶極。 3.誘導偶極－誘導偶極力： (1)指瞬間極性與感應極性間的引力，亦即 分子與 分子間的吸引力，由於許 多分子在晶體中不斷的振動，使某一分子之電子在一瞬間發生偏向，產生正負的瞬間 偶極，又引起鄰近其他分子產生與它相反方向的誘導偶極。 4. (1)分散力的決定因素： 電子數 、 分子大小 與 分子形狀 。 (2)在任何分子間皆存有分散力(倫敦力) 四、決定分子間作用力之因素 1.分子愈大(或謂分子量大者)，其所含的電子數愈多，所造成的分散力愈 大 。 【例】鹵素的 m.p.、b.p.：
