化學鍵與結構

學習目標

• 由元素判斷鍵的種類，由結構判斷固體的種類與性質。
• 畫路易斯結構，用價層電子對互斥（VSEPR）預測形狀與極性。
• 分辨分散力、偶極力、氫鍵，並用它們解釋沸點與溶解度。

先測一下

1. $\mathrm{CO_2}$ 有極性鍵，為什麼是非極性分子？
2. 水的沸點為什麼比 $\mathrm{H_2S}$ 高很多？
3. 石墨與金剛石都是碳，為什麼只有石墨導電？

看詳解

1. 直線形，兩個鍵的偶極互相抵消。
2. 水分子間有氫鍵。
3. 石墨每個碳只用 3 個電子成鍵（$sp^2$），剩下的電子在層內自由移動。

核心概念

離子鍵與離子晶體

• 金屬（低游離能）與非金屬（高電子親和力）→ 電子轉移 → 離子鍵。沒有「分子」，只有化學式（最簡比）。
• 性質：熔點高、硬而脆；固態不導電，熔融或溶於水可導電。
• 電荷越大、離子越小 → 晶格能越大 → 熔點越高（MgO > NaCl）。
• 多元離子化合物（$\mathrm{K_2SO_4}$、$\mathrm{NH_4Cl}$）同時有離子鍵與共價鍵。

看詳解

離子鍵；共價鍵；離子鍵（$\mathrm{NH_4^+}$ 與 $\mathrm{NO_3^-}$ 之間）加共價鍵（離子內部）。

共價鍵與路易斯結構

• 步驟：算總價電子（陰離子加、陽離子減）→ 中心原子放中間 → 先用單鍵連接 → 補滿周圍原子八隴體 → 不夠時改成雙鍵。
• 共振：$\mathrm{NO_3^-}$、$\mathrm{CO_3^{2-}}$、$\mathrm{O_3}$ 的雙鍵位置不固定，實際鍵長都相等。

看詳解

價電子都是 24，總電子數都是 32（等電子）；都是一個雙鍵、兩個單鍵的共振結構，都滿足八隴體，中心原子沒有孤對電子，孤對電子數相同。這是 108 學測自然 單選 64（答對率 32%）。

看詳解

10；參鍵；1 對。

分子形狀與混成軌域

• 雙鍵、參鍵只算一組。對稱的形狀（直線、平面三角、四面體、八面體，且周圍原子相同）→ 非極性。

分子間作用力與物性

• 分散力：所有分子都有，分子量越大、接觸面積越大越強。非極性分子與惰性氣體（Xe）只有分散力。
• 偶極—偶極力：極性分子之間。
• 氫鍵：H 接在 N、O、F 上，另一分子有 N、O、F 的孤對。$\mathrm{H_2O}$、$\mathrm{NH_3}$、$\mathrm{HF}$、醇、羧酸。
• 沸點比較：先看有沒有氫鍵，再看分子量。溶解度：「相似溶相似」。
• 兩種液體混合後分子間作用力變弱（如非極性的環己烷拆開乙醇的氫鍵）→ 體積膨脹、沸點下降、混合吸熱。

金屬鍵與網狀固體

• 金屬：陽離子浸在「電子海」中 → 導電導熱、具延展性、有光澤。
• 網狀共價固體：金剛石、石墨、$\mathrm{SiO_2}$（石英）、SiC → 熔點極高；只有石墨導電。
• 四種固體：離子、分子、金屬、網狀，由「熔點、導電、延展、溶解」判斷。

看詳解

甲 硫酸鉀、丙 石墨、戊 鎂帶。這是 109 學測自然 多選 56（答對率 52%）。

重點整理

解題策略

1. 形狀題：一定先算中心原子的孤對數。
2. 極性題：形狀對稱且周圍原子相同 → 非極性。
3. 物性題：先分固體類型，再比作用力。

混合練習

1. $\mathrm{NH_3}$ 的形狀與混成？有沒有極性？
2. 沸點排序：$\mathrm{CH_4}$、$\mathrm{H_2O}$、。

看詳解

1. 角錐、$sp^3$、極性。
2. $\mathrm{H_2O>H_2S>CH_4}$。

常見錯誤

小試身手

1. 109 學測自然 多選 56：由性質認固體（答對率 52%）
2. 111 分科化學 多選 8：分子形狀與極性（答對率 42%）
3. 110 指考化學 單選 6：分子間作用力（答對率 40%）
4. 挑戰題：108 學測自然 單選 64：路易斯結構（答對率 32%）

複習計畫