形式电荷和杂化计算器
简而言之：输入分子或离子，即可得到每个原子的形式电荷（按 FC = V − N − B/2 计算），以及孤对电子、空间数、杂化方式（sp、sp²、sp³、sp³d、sp³d²）、电子几何构型、分子构型和近似键角。免费，在网页浏览器中运行，无需下载。
粘贴 SMILES 字符串，输入 NO3- 或 SO4^2- 等化学式，或选择一个示例。对于每个原子，表格会显示价电子、孤对电子和成键电子、形式电荷及其算式、空间数、杂化方式以及该原子周围的构型。
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手动检查形式电荷
针对你自己画的路易斯结构式中的某个原子：选择元素，数出与其相连的原子数、键数（双键计为 2）和孤对电子数。
形式电荷和杂化公式
形式电荷 FC = V − N − B/2 V = 价电子数，N = 非键电子数，B = 成键电子数
空间数 SN = （成键原子数）+（孤对电子数） 2 → sp，3 → sp²，4 → sp³，5 → sp³d，6 → sp³d²
对于主族元素，V 等于族序数（C = 4，N = 5，O = 6，卤素 = 7）。每对孤对电子是 2 个非键电子。每个单键增加 2 个成键电子，双键增加 4 个，三键增加 6 个。所有原子的形式电荷之和等于总电荷。
空间数、杂化方式和构型
| 空间数 | 杂化方式 | 电子几何构型 | 分子构型（孤对电子 0、1、2…） | 示例 |
|---|---|---|---|---|
| 2 | sp | 直线形 | 直线形（180°） | CO₂、HC≡CH 中的 C |
| 3 | sp² | 平面三角形 | 平面三角形（120°）、V 形 | C=O 中的 C、NO₃⁻ 中的 N、O₃ 的中心 O |
| 4 | sp³ | 四面体 | 正四面体（109.5°）、三角锥形（≈107°）、V 形（≈104.5°） | CH₄, NH₃, H₂O |
| 5 | sp³d | 三角双锥 | 三角双锥、跷跷板形、T 形、直线形 | PCl₅, SF₄, ClF₃, I₃⁻ |
| 6 | sp³d² | 八面体 | 八面体、四方锥形、平面正方形 | SF₆, BrF₅, XeF₄ |
与 π 键相邻的孤对电子
与双键（或空 p 轨道）相邻且带孤对电子的氮或氧，通常把这对孤对电子放在 p 轨道中以便离域。此时即使简单计数得 4，该原子仍为 sp² 杂化且呈平面。例如：酰胺、苯胺和吡咯中的 N，酯、呋喃和苯酚中的 O，以及羧酸根中的 O⁻。工具会用星号标出这些原子。
计算示例
铵离子，NH₄⁺
N：V = 5，没有孤对电子，四个 N–H 键（B = 8）。
FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。四个 σ 键，空间数为 4。
N 为 +1，sp³，正四面体（109.5°）
臭氧，O₃
中心 O：1 对孤对电子，一个双键和一个单键（B = 6）：6 − 2 − 3 = +1。单键端的 O：6 − 6 − 1 = −1。
中心 O 为 +1，sp²，V 形（≈117°）
氰根，CN⁻
C：1 对孤对电子，三键（B = 6）：4 − 2 − 3 = −1。N：1 对孤对电子：5 − 2 − 3 = 0。
电荷位于 C 上；两个原子都是 sp 杂化
硝基甲烷，CH₃NO₂
N：没有孤对电子，B = 8：5 − 0 − 4 = +1。O⁻：6 − 6 − 1 = −1。如果把 N 写成有两个 N=O 键，N 将有 10 个电子，这是不允许的。
N 为 +1（sp²），一个 O 为 −1，CH₃ 碳为 sp³
硫酸根，SO₄²⁻（JEE / NEET 风格）
按两个 S=O 和两个 S–O⁻ 计：S = 6 − 0 − 12/2 = 0，每个 O⁻ = −1。在全部为单键的八隅体形式中 S = +2。
S 为 sp³，正四面体；总电荷 −2
乙酰胺，CH₃CONH₂
N：1 对孤对电子和三个 σ 键，简单计数为 4（sp³）。但孤对电子与 C=O π 键相邻并发生离域。
酰胺 N 为 sp²，呈平面
常见错误
- 数键数却当成成键电子数。使用 B/2（即键数），而不是 B。一个双键使 B/2 增加 2。
- 忘记孤对电子。N 是非键电子数，所以每对孤对电子计为 2。
- 把双键算作两个电子域。计算空间数时，双键或三键只算一个电子域。
- 让 N 或 O 超过 8 个电子。第二周期原子不能扩展八隅体。硝基应写成 N⁺–O⁻，而不是 N(=O)=O。
- 把酰胺或苯胺的 N 当作 sp³。参与共轭的孤对电子位于 p 轨道中，因此这些原子是 sp² 杂化。
- 混淆形式电荷和氧化数。两者采用不同的电子计数规则，数值通常也不同。
规范地画出来。在免费的 MolDraw 编辑器中打开结构，添加孤对电子、形式电荷和箭头，然后导出 PNG 或 SVG 用于笔记和幻灯片。
打开 MolDraw 编辑器常见问题
如何计算形式电荷？
使用 FC = V − N − B/2，其中 V 是自由原子的价电子数，N 是该原子上的非键（孤对）电子数，B 是其周围的成键电子数。硝酸根中的 N：FC = 5 − 0 − 8/2 = +1。
CO2 中每个原子的形式电荷是多少？
在 O=C=O 中，三个原子的形式电荷都是 0。碳：4 − 0 − 8/2 = 0。每个氧：6 − 4 − 4/2 = 0。碳为 sp 杂化，分子呈直线形。
如何判断原子的杂化方式？
计算空间数：与其成键的原子数加上其孤对电子数。2 = sp，3 = sp²，4 = sp³，5 = sp³d，6 = sp³d²。双键和三键只算一次。与 π 键相邻的孤对电子通常位于 p 轨道中，使该原子成为 sp² 杂化。
为什么酰胺中的氮是 sp2 而不是 sp3？
氮的孤对电子与 C=O π 键相邻，因此会离域到其中（共振）。为了重叠，孤对电子必须位于 p 轨道中，所以氮为 sp² 杂化且呈平面。苯胺、吡咯和烯胺中的氮也是如此。
形式电荷和氧化数一样吗？
不一样。形式电荷假设成键电子被平均共享，氧化数则假设成键电子全部归电负性较大的原子。在 CO2 中，碳的形式电荷为 0，但氧化数为 +4。
有多个路易斯结构式时，哪个最好？
优先选择形式电荷最接近零的结构，负的形式电荷应位于电负性较大的原子上，并且不要让 C、N、O 等第二周期原子超过 8 个电子。
形式电荷之和等于离子的电荷吗？
是的。所有原子的形式电荷之和等于总电荷。在硫酸根 SO4 2− 中总和为 −2；在铵离子 NH4+ 中为 +1。
相关化学工具
阅读完整指南：如何计算形式电荷和杂化方式。
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