微觀世界 II / 子課題
電負性與極性分子
Electronegativity and Polar Molecules
電負性趨勢、極性分子判斷及DSE要求的六種分子形狀
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 電負性與極性判斷
考評提示：判斷分子是否為極性分子
- 電負性 (Electronegativity)：原子吸引共用電子對的能力。趨勢：同週期由左至右上升；同族由下至上上升。F 電負性最大。
常見題型 · scoring points
定義原子的電負性並說明周期表中的遞變趨勢
- 定義：電負性是原子在共價鍵中吸引共用電子對的能力大小，以無量綱數值表示（Pauling 標度）。
- 同一週期（左→右）：電負性漸增，因核電荷增加、原子半徑減小，吸引電子能力增強。
- 同一族（上→下）：電負性漸減，因原子半徑增加、外層電子距核較遠、核電荷被內層電子屏蔽。
- 趨勢終點：最高為 F（4.0），其次 O、N、Cl；金屬（如 Na、K）電負性最低。
區分極性共價鍵與非極性共價鍵
- 非極性共價鍵：兩原子電負性差為零或極小（< 0.5），共用電子對平均分佈，例：H−H、Cl−Cl、C−H。
- 極性共價鍵：兩原子電負性差顯著（約 0.5–1.7），電子對偏向電負性較大的原子，例：H−Cl、O−H。
- 部分電荷：電負性較大原子帶部分負電（δ−），較小者帶部分正電（δ+），如 H^δ+−Cl^δ−。
- 與離子鍵分別：電負性差 > 1.7 一般視為離子鍵（如 Na−Cl）；但並非硬性界限，須視情況判斷。
解釋 CH₄ 為何為非極性分子
- 形狀：根據 VSEPR，C 周圍有 4 對成鍵電子對，呈正四面體形（鍵角 109.5°）。
- 鍵極性：每根 C−H 鍵因電負性差小（約 0.4）略帶極性，偶極矩指向 C。
- 偶極抵消：四個 C−H 鍵的偶極矩因對稱正四面體排列而互相抵消。
- 結論：整體分子偶極矩為零，故 CH₄ 為非極性分子。
解釋 H₂O 為極性分子而 CO₂ 為非極性分子
- H₂O：O 周圍 2 對孤電子對 + 2 對成鍵電子對，分子呈彎曲形 (bent, 104.5°)；兩根 O−H 偶極矩不抵消，淨偶極指向 O 端。
- H₂O 結果：整體極性分子，故能溶解極性物質（相似相溶）。
- CO₂：C 周圍 2 對成鍵電子對（兩根 C=O），分子為直線形 (linear, 180°)。
- CO₂ 結果：兩根 C=O 鍵雖然極性大，但偶極矩方向相反、大小相等，完全抵消，整體非極性。
繪畫並解釋 BF₃、PCl₅ 及 SF₆ 的非八隅體結構
- BF₃：B 原子共享 3 對電子對，共 6 個價電子（缺電子），形狀為平面三角形 (trigonal planar, 120°)。
- PCl₅：P 原子共享 5 對電子對（擴張八隅體），共 10 個價電子，形狀為三角雙錐 (trigonal bipyramidal)。
- SF₆：S 原子共享 6 對電子對（擴張八隅體），共 12 個價電子，形狀為正八面體 (octahedral, 90°)。
- 極性：BF₃、PCl₅、SF₆ 皆為對稱分子，偶極互相抵消，全部為非極性分子。
解釋氫鍵的形成及對物質性質的影響
- 形成條件：氫原子與高電負性且體積細小的原子（F、O、N）直接鍵合，使 H 帶強 δ+，可吸引鄰近分子 F/O/N 的孤電子對。
- 例：HF、H₂O、NH₃ 間均有氫鍵；乙醇 (C₂H₅OH) 分子間亦有氫鍵。
- 影響 1（沸點反常高）：H₂O (b.p. 100°C) 比 H₂S (b.p. −60°C) 高，因 H₂O 間有氫鍵需額外能量斷裂。
- 影響 2（溶解度）：乙醇可與水無限互溶，因 O−H…O 氫鍵穩定溶液；與形狀接近的丙烷（不溶）對比明顯。
解釋冰的密度比水小的原因
- 冰的結構：水分子以氫鍵結合形成規律的四面體晶格，每個 O 由四條氫鍵連接四個鄰近 O（兩條短共價鍵、兩條長氫鍵）。
- 空間排列：氫鍵迫使水分子保持一定距離，形成有「空洞」的開放結構。
- 對比液態水：液態水中部分氫鍵斷裂，分子可較緊密排列，故相同質量佔較小體積。
- 結果：冰的密度 (0.917 g cm⁻³) 小於水 (1.000 g cm⁻³)，冰浮於水面；對水生生物越冬有保護作用。
微觀世界 II 其他子課題
關於本文：由 DSE 神器團隊整理，資料以香港考試及評核局（HKEAA）最新公佈為準，含歷屆考評建議引用。最後更新：2026 年 4 月。想隨時隨地溫習？下載 DSE 化學神器 App。
