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title: "如何計算形式電荷與混成軌域（FC = V − N − B/2）| MolDraw 部落格"
url: https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/formal-charge-hybridization-guide.html
description: "形式電荷 = V − N − B/2，並由立體數判斷混成軌域，附硝酸根、臭氧、氰離子、硝基甲烷與醯胺的範例解析，以及免費計算器。"
lang: zh-Hant
publisher: Scidart Academy
generated: 2026-10-26
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# 如何計算形式電荷與混成軌域（附免費計算器）

發布日期：2026 年 10 月 19 日 · 作者：Scidart Academy · 閱讀時間：約 7 分鐘

![硝基甲烷的路易斯結構，氮上帶正形式電荷，其中一個氧帶負形式電荷](https://www.moldraw.com/blog/thumbs/formal-charge-hybridization-guide.webp)

硝基甲烷：氮帶 +1 形式電荷，其中一個氧帶 −1。

**簡短回答：**形式電荷為 **FC = V − N − B/2**，其中 V 是自由原子的價電子數，N 是非鍵結電子數，B 是鍵結電子數。混成軌域由立體數（相連原子數加孤電子對數）決定：2 為 sp，3 為 sp²，4 為 sp³。在硝酸根中，N 的 FC = 5 − 0 − 8/2 = +1，為 sp²。免費的 [MolDraw 形式電荷與混成軌域計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/formal-charge-hybridization-calculator.html)能為分子或離子的每個原子同時算出兩者。

## 什麼是形式電荷

形式電荷是假設路易斯結構中每根鍵都由兩個原子平均共用時，原子所帶的電荷。它是一種記帳工具，能告訴你在某個路易斯結構中離子的電荷位於哪裡，並在有多種結構時幫你選出最佳的一種。

公式為 **FC = V − N − B/2**。

- **V** 是自由原子的價電子數。對主族元素而言就是族號：C = 4，N = 5，O = 6，F 與 Cl = 7。
- **N** 是該原子上的非鍵結電子數。每對孤電子對算作 2。
- **B** 是該原子周圍的鍵結電子數。單鍵算作 2，雙鍵算作 4，參鍵算作 6。B/2 就是鍵數。

所有原子的形式電荷總和等於分子或離子的總電荷。

## 什麼是混成軌域，以及如何判斷

混成軌域描述原子以哪種 s 與 p 軌域的組合來形成 σ 鍵並容納孤電子對。可由**立體數**判斷：與該原子相連的原子數加上孤電子對數。雙鍵與參鍵只算一次，因為連接兩個原子的 σ 鍵只有一根。

| 立體數 2 | sp，直線形，180°。例如：CO₂ 與 HC≡CH 中的 C。 |
| --- | --- |
| 立體數 3 | sp²，平面三角形，120°。例如：C=O 中的 C、NO₃⁻ 中的 N。 |
| 立體數 4 | sp³，四面體，109.5°。例如：CH₄、NH₃ 中的 N（≈107°）、H₂O 中的 O（≈104.5°）。 |
| 立體數 5 | sp³d，雙三角錐。例如：PCl₅、SF₄、ClF₃。 |
| 立體數 6 | sp³d²，八面體。例如：SF₆、XeF₄。 |

**共軛例外。**與 π 鍵相鄰、帶孤電子對的氮、氧或碳陰離子，通常會把這對孤電子對放在 p 軌域中，讓它能夠離域。這時原子使用三個混成軌域，屬於 **sp²**，雖然單純計數會得到 4。這適用於醯胺、苯胺與吡咯中的 N，酯、酚與呋喃中的 O，以及羧酸根與硝基中的 O⁻。

## 逐步使用計算器

1. 開啟[形式電荷與混成軌域計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/formal-charge-hybridization-calculator.html)。
2. 在編輯器中畫出結構，或在 **SMILES 或化學式**框中輸入並按**計算**。`NO3-`、`SO4^2-` 或 `XeF4` 等化學式適用於只有一個中心原子的物種。其他情況請使用 SMILES，例如 `C[N+](=O)[O-]`。
3. 也可以按範例按鈕：**CO₂**、**NO₃⁻**、**臭氧**、**硝基甲烷**、**乙酸根**、**苯胺**等。
4. 閱讀表格。每一列會顯示 V、N、B、算式**形式電荷 = V − N − B/2**、立體數、混成軌域、電子幾何、分子形狀與近似鍵角。勾選**在表格中顯示氫原子**，也會列出 H 原子。
5. 立體數旁的星號表示孤電子對有共軛（為 sp² 而非 sp³）。
6. 若要檢查你在紙上畫的結構中的單一原子，請使用**手動檢查形式電荷**：輸入元素、相連原子數、畫出的鍵數與孤電子對數。
7. 按**在 MolDraw 中開啟**，保留結構並匯出。

## 範例解析

### 1. 硝酸根離子，NO₃⁻

一根 N=O 雙鍵與兩根 N–O 單鍵。N 沒有孤電子對：FC = 5 − 0 − 8/2 = **+1**。雙鍵 O 有 2 對孤電子對：FC = 6 − 4 − 4/2 = **0**。每個單鍵 O 有 3 對孤電子對：FC = 6 − 6 − 2/2 = **−1**。總和 = +1 + 0 − 1 − 1 = −1。N 有三根 σ 鍵且沒有孤電子對，所以是 sp²，呈平面三角形（120°）。

### 2. 臭氧，O₃

中心 O 有一對孤電子對、一根雙鍵與一根單鍵：FC = 6 − 2 − 6/2 = **+1**。單鍵端的 O 有 3 對孤電子對：FC = 6 − 6 − 1 = **−1**。雙鍵端的 O 為 0。中心 O 的立體數為 3（2 個原子 + 1 對孤電子對），所以是 sp²，呈彎曲形，實測鍵角為 116.8°。

### 3. 氰離子，CN⁻

C≡N，每個原子上各有一對孤電子對。C：FC = 4 − 2 − 6/2 = **−1**。N：FC = 5 − 2 − 6/2 = **0**。負電荷位於碳上，這就是氰離子透過 C 與金屬鍵結的原因。兩個原子都是 sp。

### 4. 硝基甲烷，CH₃NO₂

N 有四根鍵（一根 C–N、一根 N=O、一根 N–O），沒有孤電子對：FC = 5 − 0 − 8/2 = **+1**。單鍵 O 為 **−1**。若畫成兩根 N=O 鍵，氮上會有 10 個電子，而第二週期的原子無法容納。N 為 sp²，CH₃ 的碳為 sp³。

### 5. 乙醯胺，CH₃CONH₂

所有形式電荷都是 0。N 有三根 σ 鍵與一對孤電子對，單純計數會得到 sp³。但這對孤電子對緊鄰 C=O 的 π 鍵並發生離域，所以醯胺的 N 是 **sp²**，呈平面。這就是醯胺中 C–N 鍵具有部分雙鍵性質的原因。

## 整理表

| 物種 | **原子：形式電荷，混成軌域** |
| --- | --- |
| CO₂ | C：0，sp。O：0，sp²。 |
| NO₃⁻ | N：+1，sp²。單鍵 O：各 −1。 |
| CO₃²⁻ | C：0，sp²。兩個單鍵 O：各 −1。 |
| NH₄⁺ | N：+1，sp³，四面體。 |
| H₃O⁺ | O：+1，sp³，三角錐形。 |
| CN⁻ | C：−1，sp。N：0，sp。 |
| SO₄²⁻（兩根 S=O） | S：0，sp³。兩個 O：各 −1。 |
| CH₃COO⁻ | O⁻：−1，sp²（共軛）。羧基 C：sp²。 |

## 常見錯誤

- 減去 B 而不是 B/2。B 以電子數計算時要除以 2。
- 計算 N 時數的是孤電子對的對數，而不是電子數。兩對孤電子對代表 N = 4。
- 求立體數時把雙鍵算成兩個電子域。
- 讓 C、N 或 O 超過 8 個電子。只有第三週期以後的原子（P、S、Cl、Xe）才能擴展八隅體。
- 把醯胺或苯胺中的氮說成 sp³。
- 混淆形式電荷與氧化數。在 CO₂ 中，C 的形式電荷為 0，但氧化數為 +4。

## 考試要點（JEE、NEET、AP、A-level）

- **檢查總和。**形式電荷的總和必須等於離子的電荷。若不相等，表示少了或多了一對孤電子對。
- **最佳路易斯結構：**形式電荷最接近零、負電荷位於電負度較大的原子上，且第二週期原子不超過八隅體。
- **JEE 與 NEET** 常考離子中中心原子的混成軌域，例如 I₃⁻（sp³d）、XeF₄（sp³d²）與 SO₄²⁻（sp³）。用立體數判斷即可。
- **AP 化學**的申論題會要求你以形式電荷說明最佳的共振式或路易斯結構。請寫出 V − N − B/2 的計算過程。
- **A-level 有機化學**中關於醯胺平面性或苯胺鹼性的題目，都建立在 sp² 氮及其離域孤電子對的觀念上。

## 問與答

### 形式電荷的公式是什麼？

形式電荷 = V − N − B/2。V 是自由原子的價電子數，N 是該原子上的非鍵結電子數，B 是它所在之鍵中的電子數。一對孤電子對在 N 中算作 2；一根單鍵在 B 中算作 2。

### NH4+ 中 N 的形式電荷是多少？

氮有 5 個價電子、沒有孤電子對，並有 4 根單鍵（8 個鍵結電子）。FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。每個氫的 FC = 1 − 0 − 2/2 = 0，所以這個離子帶 +1 電荷。

### 如何快速判斷混成軌域？

把與該原子相連的原子數與它的孤電子對數相加，就是立體數：2 = sp，3 = sp²，4 = sp³，5 = sp³d，6 = sp³d²。雙鍵或參鍵只算一個。

### 為什麼苯胺中的氮是 sp2？

它的孤電子對緊鄰苯環，會離域到 π 系統中。離域的孤電子對位於 p 軌域，因此氮只使用三個混成軌域，屬於 sp²。醯胺、吡咯與烯胺中的氮也是如此。

### 形式電荷可以是 +2 或 −2 嗎？

可以，但在合理的路易斯結構中很少見。在硫酸根的八隅體形式中（四根 S–O 單鍵），硫的 FC = 6 − 0 − 8/2 = +2。通常會優先選擇電荷較接近零的結構。

### 形式電荷是真實的電荷嗎？

不是。它是一種假設每根鍵都被平均共用的記帳方法。真實的部分電荷取決於電負度。在 H3O+ 中，形式上的 +1 在 O 上，但實際上大部分正電荷是由 H 原子承擔。

### CO2 中碳的混成軌域是什麼？

碳與兩個氧原子相連，沒有孤電子對，所以立體數為 2，屬於 sp 混成。分子呈直線形，O=C=O 鍵角為 180°。

## 相關工具

[形式電荷與混成軌域計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/formal-charge-hybridization-calculator.html) [芳香性檢查工具](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/aromaticity-checker.html) [鍵極性與偶極檢查工具](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/bond-polarity-dipole-checker.html) [路易斯結構產生器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/lewis-structure-generator.html) [VSEPR 幾何計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/vsepr-molecular-geometry-calculator.html) [共振結構產生器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/resonance-structure-generator.html) [氧化數計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/tools/free-chem-tools/oxidation-number-calculator.html)

## 相關指南

[芳香性與休克爾規則指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/aromaticity-huckel-rule-guide.html) [鍵極性與偶極矩指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/bond-polarity-dipole-moment-guide.html) [如何在 MolDraw 中加入孤對電子](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/how-to-add-lone-pair-in-moldraw.html) [靜電位圖](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/mep-plugin-electrostatic-potential-map.html) [3D 點群](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/symmetry-plugin-point-groups-3d.html) [免費化學工具與計算器](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/free-chemistry-tools-and-calculators.html) [MolDraw 所有免費工具指南](https://www.moldraw.com/zh-hant/blog/moldraw-all-free-chemistry-tools-guide.html)

最後更新：2026 年 10 月 19 日