電子式と共有電子対・非共有電子対

シアン化水素 $\mathrm{HCN}$ の分子では、炭素原子 $\mathrm{C}$ を中心に、水素原子 $\mathrm{H}$ と窒素原子 $\mathrm{N}$ がそれぞれ炭素原子と共有結合している。$\mathrm{H}$、$\mathrm{C}$、$\mathrm{N}$ の原子番号はそれぞれ $1$、$6$、$7$ である。水素原子は $\mathrm{He}$ と同じ電子配置、炭素原子と窒素原子は $\mathrm{Ne}$ と同じ電子配置（最外殻に電子 $8$ 個）になるように電子対をつくるとき、この分子の電子式に含まれる共有電子対の数を求めよ。

次の 8 種類の分子のうち、分子の形が直線形であるものは何種類あるか。整数で答えよ。

${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$、$\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$、$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_3$、$\mathrm{HCN}$、$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_4$、${\mathrm{N}}_2$、${\mathrm{H}}_2\mathrm{S}$、${\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_2$

次の 6 種類の分子を 1 分子ずつ考える。これら 6 分子に含まれる非共有電子対の数の合計はいくつか。整数で答えよ。

${\text{N}}_2$, ${\text{CO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{NH}}_3$, $\text{HCl}$, ${\text{CH}}_4$

ただし、各原子の価電子の数は $\text{H}$ が $1$, $\text{C}$ が $4$, $\text{N}$ が $5$, $\text{O}$ が $6$, $\text{Cl}$ が $7$ とし、各分子の中で水素原子以外の原子はオクテット（最外殻に 8 個の電子をもつ状態）を満たしているものとする。

次の 8 種類の分子のうち、分子を構成するすべての原子の中心（原子核）が一直線上に並ぶ分子、すなわち直線形の分子は何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{CO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{NH}}_3$, ${\text{CH}}_4$, $\text{HCN}$, ${\text{C}}_2{\text{H}}_2$（アセチレン）, ${\text{H}}_2\text{S}$, ${\text{CS}}_2$

ただし、各原子の価電子の数は $\text{H}$ が $1$, $\text{C}$ が $4$, $\text{N}$ が $5$, $\text{O}$ と $\text{S}$ が $6$ とし、各分子の中で水素原子以外の原子はオクテットを満たしているものとする。

次の 12 種類の分子のうち、極性分子であるものは何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{CO}}_2$, ${\text{NH}}_3$, ${\text{CH}}_4$, ${\text{CH}}_2{\text{Cl}}_2$, ${\text{CCl}}_4$, ${\text{BF}}_3$, $\text{HCN}$, ${\text{H}}_2\text{S}$, ${\text{N}}_2$, $\text{HCl}$, ${\text{C}}_2{\text{H}}_4$（エチレン）

ただし、分子はいずれも気体の状態の 1 分子で考え、分子の形は電子対どうしの反発（電子対反発則）から決まるものとする。なお、${\text{BF}}_3$ のホウ素原子のまわりの価電子は 6 個で、ホウ素原子には非共有電子対がない。電気陰性度は $\text{F}>\text{O}>\text{Cl}\approx \text{N}>\text{S}\approx \text{C}>\text{H}>\text{B}$ の順とし、異なる元素の原子間の共有結合にはすべて極性があるものとする。

次の 8 種類の分子について、1 分子に含まれる共有電子対の数と非共有電子対の数を考える。共有電子対の数と非共有電子対の数が等しい分子は何種類あるか。整数で答えよ。

${\text{N}}_2$, ${\text{CO}}_2$, ${\text{H}}_2\text{O}$, ${\text{NH}}_3$, $\text{HCN}$, ${\text{H}}_2\text{S}$, $\text{HCHO}$（ホルムアルデヒド）, ${\text{CH}}_3\text{OH}$（メタノール）

ただし、各原子の価電子の数は $\text{H}$ が $1$, $\text{C}$ が $4$, $\text{N}$ が $5$, $\text{O}$ と $\text{S}$ が $6$ とし、各分子の中で水素原子以外の原子はオクテットを満たしているものとする。二重結合は共有電子対 2 組、三重結合は共有電子対 3 組と数える。