微觀世界 II / 子課題
非八隅體結構分子
Non-octet Molecules
非八隅體分子的存在及BF₃/PCl₅/SF₆的電子圖
核心考點 (Knowledge Groups)
1. 非八隅體結構的類型
考評提示：BF₃(6e)、PCl₅(10e)、SF₆(12e)中央原子電子數
- 並非所有共價分子的中央原子都符合八隅體規則。非八隅體結構可分為兩類：(i)電子不足(<8)，如BF₃；(ii)擴張八隅體(>8)，如PCl₅、SF₆。
- BF₃：B有3個價電子，與3個F共用→B周圍只有6個電子（3對共用電子對）；F完整八隅體。B具空軌道，為Lewis酸。
- PCl₅：P周圍5對共用電子對 = 10電子（擴張至第3週期d軌道）；SF₆：S周圍6對共用電子對 = 12電子。週期3及以下元素可利用d軌道擴張八隅體。
常見題型 · scoring points
繪畫BF₃的電子圖並說明其為非八隅體結構
- 電子圖：B居中，與3個F以單共用電子對相連；每個F另有3對孤電子對，完整八隅體。
- B周圍共3條共價鍵 = 3對共用電子對 = 6個電子。
- B缺少1對電子（少於八隅體），故BF₃為電子不足的非八隅體結構。
- B有一個空2p軌道，可以接受其他物種的孤電子對，使BF₃為典型Lewis酸（如BF₃ + NH₃ → F₃B—NH₃）。
繪畫PCl₅的電子圖並解釋為何P能容納10個電子
- 電子圖：P居中，與5個Cl以單共用電子對相連；每個Cl另有3對孤電子對。
- P周圍共5對共用電子對 = 10個電子，屬擴張八隅體。
- 原因：P位於第3週期，擁有可用的3d軌道；可以超出2s2p所限的8個電子。
- 第2週期元素（C、N、O、F）沒有可用的2d軌道（不存在），故不能擴張八隅體；只有第3週期或以下元素才可做到。
繪畫SF₆的電子圖並指出S周圍電子對數目
- 電子圖：S居中，與6個F以單共用電子對相連；每個F具3對孤電子對。
- S周圍共6對共用電子對 = 12個電子（屬擴張八隅體最大例）。
- S（第3週期）可使用3d軌道容納額外電子。
- SF₆為八面體形狀分子，十分穩定且化學不活潑，用作高壓電器的絕緣氣體。
比較BF₃與NH₃中央原子周圍的電子數
- BF₃：B有3個價電子，與3F形成3對共用電子對；B周圍6個電子（無孤對）。
- NH₃：N有5個價電子，與3H形成3對共用電子對，另餘1對孤電子對；N周圍8個電子（八隅體）。
- BF₃為電子不足（非八隅體）；NH₃滿足八隅體規則。
- NH₃的孤電子對可填入BF₃的空軌道形成配位共價鍵：F₃B←NH₃。
解釋為何NF₃存在但NCl₅不存在
- NF₃符合八隅體規則：N有5價電子，3對與F鍵結、1對孤電子對 = 8電子。
- NCl₅需N周圍有10個電子（5對共用電子對），即擴張八隅體。
- N位於第2週期，沒有可用的2d軌道，無法容納多於8個電子。
- 故NCl₅不存在；而同族的P（第3週期）可用3d軌道擴張，PCl₅穩定。
解釋BF₃為電子不足（非八隅體）分子的原因及意義
- BF₃ 中 B 原子只有 3 個價電子，與 3 個 F 共用 3 對電子對——B 周圍僅 6 個電子，未達八隅體。
- B 保留一個空的 2p 軌道，因此 BF₃ 屬於典型的電子不足分子。
- 這個空軌道可接受其他具有孤電子對的物種（如 NH₃ 或 F⁻），形成配位共價鍵，例如 BF₃ + NH₃ → F₃B←NH₃，BF₃ + F⁻ → BF₄⁻。
- 結論：電子不足結構解釋了 BF₃ 為何易與孤電子對供體反應，並形成新的配位鍵（不從 Lewis 酸角度討論，屬 DSE 範圍內的八隅體／配位鍵概念）。
比較PCl₃和PCl₅中央原子的電子排佈
- PCl₃：P有5價電子，與3Cl形成3對共用電子對，另有1對孤電子對；P周圍8電子（八隅體）。
- PCl₅：P與5Cl形成5對共用電子對，無孤電子對；P周圍10電子（擴張八隅體）。
- PCl₃形狀：三角錐形（類似NH₃）；PCl₅形狀：三角雙錐形。
- P可擴張八隅體（用3d軌道），因此同時存在PCl₃和PCl₅兩種穩定化合物。
舉出一個第3週期元素形成擴張八隅體的化合物例子並解釋
- 例：SF₆ — S周圍形成6對共用電子對共12個電子，遠超八隅體。
- 或例：H₂SO₄ — S用4對共用鍵與4個O相連；完全拓展的結構。
- 或例：PF₅ — P周圍10個電子（5對共用電子對）。
- 原因：第3週期元素（P、S、Cl）具有可用的3d軌道，可容納超過8個價電子。
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。
