物質的構造與特性 - 高中化學科教學檔案 - 自然科檔案下載 - 國立中科實驗高級中學教學單位網站

24  Download (0)

全文

(1)

國立中科實驗高中

National Experimental High School at Central Taiwan Science Park

基礎化學(二)

黃 錦 旋 編 著

2015 年 9 月

 

第2章  物質的構造與特性 

2-1 物 質 的 形 成 與 化 學 鍵 2-2 離 子 鍵 與 離 子 晶 體 2-3 共 價 鍵 與 共 價 分 子 、 網 狀 固 體 2-4 金 屬 鍵 與 金 屬 固 體

姓 名:

班級座號:

(2)

第 2章 物 質 的 構 造 與 特 性 2-1 物 質 的 形 成 與 化 學 鍵 2-1 .1 價 電 子 與 路 易 斯 電 子 點 式 當 原 子 彼 此 交 互 作 用 形 成 化 學 鍵 , 只 有 它 們 的 外 部 接 觸 ; 所 以 , 通 常 只 有 原 子 的 外 層 電 子 ( 價 電 子 ) 排 列 是 重 要 的 , 為 了 表 示 外 層 ( 亦 稱 為 價 殼 層 ) 電 子 情 形 , 我 們 使 用 一 種 特 別 記 號 , 稱 為 路 易 斯 電 子 點 式 。 為 了 建 造 元 素 的 路 易 斯 電 子 點 式 , 首 先 寫 出 原 子 的 元 素 符 號 , 在 符 號 的 四 周 「 ˙ 」 用 表 示 價 電 子 。 例 如 , 氫 原 子 只 有 一 個 電 子 在 它 的 價 殼 層 , 它 的 路 易 斯 電 子 點 式 為 「 H ¢H ¢」。 事 實 上 , 任 何 原 子 只 要 是 只 有 一 個 價 電 子 , 都 有 與 氫 相 似 的 路 易 斯 電 子 點 式 , 這 些 包 含 週 期 表 第 1族 (I AI A族 ) 內 的 任 何 元 素 , 所 以 第 1族 元 素 鋰 、 鈉 、 鉀 、 銣 、 銫 、 鍅 的 路 易 斯 電 子 點 式 如 下 : Li ¢ Li ¢ Na ¢Na ¢ K ¢K ¢ Rb ¢Rb ¢ Cs ¢Cs ¢ Fr ¢Fr ¢ 主 族 元 素 ( 典 型 元 素 ), 即 週 期 表 的 A族 元素 ( 第 1、 2、13 » 1813 » 18族 ) 的 路 易 斯 電 子 點 式 如 表 1所 示 。 一 般 而 言 , 主 族 元 素 的 原 子 , 其 價 電 子 數 與 其 A族 族 數 相 等 。 族 1 I A I A 2 II A II A 13 III A III A 14 IV A IV A 15 V A V A 16 VI A VI A 17 VII A VII A 18 VIII A VIII A 符 號 X X X 表 1 主 族 元 素 的 路 易 斯 電 子 點 式 2-1 .2 鈍 氣 與 八 隅 體 規 則 路 易 斯 觀 察 鈍 氣( 惰 性 氣 體 )在 室 溫 下 為 單 原 子 狀 態,且 不 和 其 他 原 子 反 應 , 具 有 特 殊 的 穩 定 性 , 認 為 鈍 氣 的 穩 定 性 與 其 價 殼 層 電 子 完 全 填 滿 有 關 。 1. 一 般 鈍 氣 ( HeHe 除 外 ) 的 價 殼 層 全 填 滿 , 共 有 8個 價 電 子 。 2. 八 隅 體 規 則 : 原 子 藉 著 價 電 子 的 轉 移 或 價 電 子 的 共 用 , 滿 足 其 最 外 層 的 電 子 數 與 鄰 近 的 鈍 氣 一 樣 , 都 具 有 八 個 電 子 , 而 形 成 穩 定 的 新 物 質 。 2-1.3 化 學 鍵 當 原 子 結 合 成 穩 定 的 結 構 時 , 原 子 之 間 必 有 相 互 的 淨 吸 引 作 用 存 在 , 其 本 質 為 庫 倫 靜 電 力 的 相 互 作 用 , 這 種 原 子 與 原 子 之 間 的 作 用 力 稱 為 化 學 鍵 。 1. 化 學 鍵 的 形 成 方 式 與 原 子 的 特 性 有 密 切 的 關 連 。 一 般 而 言 , 按 照 形 成 物 質 的 特 性 , 化 學 鍵 區 分 為 共 價 鍵 、 離 子 鍵 與 金 屬 鍵 。 (1) 離 子 鍵:金 屬 原 子 與 非 金 屬 原 子 結 合 時,原 子 間 發 生 電 子 轉 移 而 形 成 陰 、 陽 離 子 , 藉 著 陰 、 陽 離 子 間 的 靜 電 引 力 而 使 陰 、 陽 離 子 結 合 在 一 起 , 此 種 靜 電 吸 引 力 稱 為 離 子 鍵 , 例 如 : NaClNaCl、 KOHKOH、 NHNH44Cl ¢ ¢ ¢Cl ¢ ¢ ¢等 。

(2) 共 價 鍵 : 兩 個 非 金 屬 原 子 結 合 時 , 可 藉 由 電 子 共 用 , 而 形 成 鈍 氣 的 電 子 排 列 方 式 , 此 共 用 電 子 對 被 兩 個 原 子 所 吸 引 而 使 原 子 結 合 在 一 起 , 此 種 吸 引 力 稱 為 共 價 鍵 , 例 如 : HH22、 HH22OO、 HH22SOSO44 ¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。

(3)

(3) 金 屬 鍵 : 在 合 金 或 金 屬 晶 體 中 將 兩 個 或 更 多 的 金 屬 原 子 結 合 在 一 起 的 吸 引 力 , 稱 為 金 屬 鍵 , 例 如 : CuCu、 Fe ¢ ¢ ¢Fe ¢ ¢ ¢等 。 2. 化 學 鍵 的 形 成 , 使 結 合 的 原 子 或 離 子 的 能 量 狀 態 較 原 先 低 。 (1) 化 學 鍵 形 成 時 會 放 出 能 量 。 (2) 破 壞 化 學 鍵 需 要 吸 收 能 量 , 此 能 量 即 為 該 化 學 鍵 的 鍵 能 。 (3) 化 學 鍵 能 : 約100 » 1000 kJ/mol100 » 1000 kJ/mol, 離 子 鍵 、 共 價 鍵 較 大 , 金 屬 鍵 較 小 。 《 講 解 1》 下 列 何 者 是 最 不 容 易 存 在 的 分 子 ? (A) HH22 (B) NN22 (C) OO22 (D) HeHe22 (E) OO33 觀 念 : 鈍 氣 元 素 常 溫 下 無 法 結 合 成 成 雙 原 子 分 子 。 答 案 : (D) 氦 (He)(He)為 鈍 氣 , 此 類 氣 體 原 子 的 活 性 極 低 , 正 常 條 件 下 應 是 單 原 子 氣 體 , 無 法 結 合 成 雙 原 子 分 子 。 《 講 解 2》 下 列 何 者 的 價 電 子 數 最 多 ? (A) Na (B) Mg (C) Si (D) O (E) He 觀 念 : 週 期 表 上 的 典 型 元 素 中 , 同 族 元 素 含 有 相 同 的 價 電 子 數 ( 氦 除 外 )。 典 型 元 素 的 價 電 子 數 等 於 其 所 屬 A族 的 族 數 ( 氦 除 外 )。 答 案 : (D)

解 說 : (A) Na、 (B)Mg、 (C)Si、 (D)O分 別 屬 於 1A、 2A、 4A、 6A的 元 素 , 所 以 價 電 子 數 分 別 為 1、 2、 4、 6, 而 (E)He則 只 有 2個 價 電 子 。 《 講 解 3》 下 列 何 者 得 失 電 子 後 不 能 滿 足 8個 電 子 ? (A) H (B) O (C) F (D) Na (E) M g 觀 念 : 八 隅 體 規 則 。 答 案 : (A) 解 說 : H得 到 或 共 用 1個 電 子 後 , 與 其 鄰 近 的 鈍 氣 He具 有 相 同 價 電 子 數 ( 只 有 2個 價 電 子 );其 餘 原 子 得 到 或 失 去 電 子,皆 可 與 其 鄰 近 的 鈍 氣 具 相 同 的 價 電 子 數 ( 8個 價 電 子 )。 (B) 8O (2 ; 6) +2 e¡ ¡¡¡¡!8O(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) 8O (2 ; 6) +2 e¡ ¡¡¡¡!8O(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) (C) 9F (2 ; 7) +1 e¡ ¡¡¡¡!9F¡(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) 9F (2 ; 7) +1 e¡ ¡¡¡¡!9F¡(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) (D) 11Na (2 ; 8 ; 1) ¡1 e¡ ¡¡¡¡!11Na+(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) 11Na (2 ; 8 ; 1) ¡1 e¡ ¡¡¡¡!11Na+(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) (E) 12Mg (2 ; 8 ; 2) ¡2 e¡ ¡¡¡¡!12Mg2+(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8) 12Mg (2 ; 8 ; 2) ¡2 e¡ ¡¡¡¡!12Mg2+(2 ; 8) = 10Ne (2 ; 8)

(4)

【 範 例 4】 下 列 哪 些 原 子 或 離 子 符 合 八 隅 體 規 則 ? ( 多 選 ) (A) NeNe (B) CC (C) OO2¡2¡ (D) AlAl3+3+ (E) BB 【 範 例 5】 在 離 子 化 合 物 中 , 下 列 何 者 最 不 可 能 是 穩 定 存 在 的 陽 離 子 ? (A) LiLi++ (B) CaCa2+2+ (C) AlAl3+3+ (D) BeBe++ (E) NaNa++ 練 習 題 : 1. 下 列 何 者 是 鎂 的 電 子 排 列 ? (A) 2 ; 72 ; 7 (B) 2 ; 82 ; 8 (C) 2 ; 7 ; 12 ; 7 ; 1 (D) 2 ; 8 ; 22 ; 8 ; 2 (E) 2 ; 7 ; 22 ; 7 ; 2 2. 關 於 「 價 電 子 」 的 敘 述 , 下 列 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 一 般 是 指 分 布 於 原 子 中 最 高 能 量 殼 層 的 電 子 (B) 與 原 子 核 的 距 離 最 近 (C) 與 元 素 的 化 學 特 性 有 關 (D) 同 族 元 素 一 定 具 有 相 同 的 價 電 子 數 (E) 在 一 般 的 化 學 反 應 進 行 時 , 可 參 與 反 應 的 電 子 3. 下 列 哪 些 原 子 或 離 子 不 符 合 八 隅 體 規 則 ? ( 多 選 ) (A) HeHe (B) NN3¡3¡ (C) NaNa2+2+ (D) ClCl¡¡ (E) CaCa++ 4. 下 列 哪 些 是 離 子 化 合 物 ? ( 多 選 ) (AC D)

(A) MgOMgO (B) HH22SOSO44 (C) LiLi33NN

(D) NHNH44ClCl (E) CC22HH55OHOH

(5)

2-2 離 子 鍵 與 離 子 晶 體

1. 週 期 表 左 邊 的 金 屬 與 右 邊 的 非 金 屬 元 素 化 合 成 的 物 質 多 為 離 子 化 合 物 , 例 如 : NaClNaCl、 KIKI、 NaNa22OO、 NaNa22SS、 MgOMgO、 CuO ¢ ¢ ¢CuO ¢ ¢ ¢等 。

2. 通 常 金 屬 失 去 電 子 形 成 陽 離 子 , 非 金 屬 獲 得 電 子 形 成 陰 離 子 , 陽 離 子 與 陰 離 子 間 相 互 以 庫 侖 靜 電 力 吸 引 , 交 錯 堆 積 , 形 成 離 子 化 合 物 。 3. 離 子 化 合 物 , 通 常 以 實 驗 式 ( 簡 式 ) 表 示 。 2-2 .1 離 子 鍵 物 質 生 成 時 , 若 組 成 原 子 是 藉 由 得 、 失 電 子 來 符 合 八 隅 體 規 則 , 則 所 形 成 的 陰 、 陽 離 子 可 直 接 以 庫 侖 靜 電 力 來 形 成 化 學 鍵 , 這 種 鍵 結 方 式 稱 為 離 子 鍵 。 典 型 的 離 子 鍵 實 例 , 如 下 : 1. 氯 化 鈉 (NaCl)(NaCl): 鈉 (Na)(Na)是 質 軟 、 銀 白 色 金 屬 , 氯 氣 (Cl(Cl22))是 一 種 黃 綠 色 有 毒 氣 體 。 將 鈉 放 入 裝 有 氯 氣 的 燒 瓶 中 , 稍 加 搖 盪 會 看 到 鈉 劇 烈 燃 燒 , 反 應 生 成 的 白 色 物 質 就 是 氯 化 鈉 。 作 用 如 下 : (1) 金 屬 元 素 NaNa原 子 失 去 價 電 子,形 成 穩 定 的 NaNa++陽 離 子( 電 子 排 列 與 氖 原 子 相 同 )。 11Na (2 ; 8 ; 1) ! 11Na+(2 ; 8) + e¡ 11Na (2 ; 8 ; 1) ! 11Na+(2 ; 8) + e¡ (2) 非 金 屬 元 素 ClCl原 子 獲 得 電 子 , 形 成 ClCl¡¡陰 離 子 ( 電 子 排 列 與 氬 原 子 相 同 )。 17Cl (2 ; 8 ; 7) + e¡ !17Cl¡(2 ; 8 ; 8) 17Cl (2 ; 8 ; 7) + e¡ !17Cl¡(2 ; 8 ; 8) (3) 當 金 屬 鈉 原 子 與 氯 氣 發 生 氧 化 還 原 反 應 , 鈉 原 子 將 電 子 傳 遞 給 氯 原 子 , 恰 可 形 成 一 個 鈉 離 子 與 一 個 氯 離 子 , 兩 離 子 均 具 有 穩 定 的 鈍 氣 電 子 排 列 方 式 , 帶 相 反 電 荷 的 離 子 間 的 靜 電 引 力 , 使 陰 、 陽 離 子 結 合 , 形 成 了 離 子 鍵 。 11Na (2 ; 8 ; 1) +17Cl (2 ; 8 ; 7) ¡!11Na+(2 ; 8) +17Cl¡(2 ; 8 ; 8) ! Na+Cl¡ 11Na (2 ; 8 ; 1) +17Cl (2 ; 8 ; 7) ¡!11Na+(2 ; 8) +17Cl¡(2 ; 8 ; 8) ! Na+Cl¡ 2. 氟 化 鈣 (CaF(CaF22)): 鈣 離 子 與 氟 離 子 結 合 成 氟 化 鈣,是 氟 石 礦 的 主 要 成 分,其 離 子 鍵 作 用 如 下 : (1) 鈣 原 子 是 第 2族 (II AII A族 ) 元 素 , 易 失 去 2個 價 電 子 , 形 成 鈣 離 子 CaCa2+2+, 電 子 排 列 與 氬 原 子 相 同 。 (2) 氟 原 子 如 同 氯 原 子 第 17 族 (VII AVII A族 ) 元 素 , 容 易 捕 捉 一 個 電 子 , 形 成 氟 離 子 FF¡¡, 電 子 排 列 與 氖 原 子 相 同 。

(6)

(3) 藉 由 靜 電 引 力 , 鈣 離 子 與 兩 倍 數 目 的 氟 離 子 組 成 離 子 化 合 物 。 20Ca (2 ; 8 ; 8 ; 2) + ½ 9F (2 ; 7) 9F (2 ; 7) ¡!20Ca2+(2 ; 8 ; 8) + ½ 9F¡(2 ; 8) 9F¡(2 ; 8) ! Ca2+F¡ 2 20Ca (2 ; 8 ; 8 ; 2) + ½ 9F (2 ; 7) 9F (2 ; 7) ¡!20Ca2+(2 ; 8 ; 8) + ½ 9F¡(2 ; 8) 9F¡(2 ; 8) ! Ca2+F¡ 2 1A 族 2A 族 3A 族 4A 族 5A 族 6A 族 7A 族 8A 族 3Li+ 3Li+ 44BeBe2+2+ 77NN3¡3¡ 88OO2¡2¡ 99FF¡¡ 1010NeNe 11Na+ 11Na+ 1212MgMg2+2+ 1313AlAl3+3+ 1515PP33¡¡ 1616SS22¡¡ 1717ClCl¡¡ 1818ArAr 19K+ 19K+ 2020CaCa2+2+ 3535BrBr¡¡ 3636KrKr 37Rb+ 37Rb+ 3838SrSr2+2+ 5353II¡¡ 5454XeXe 55Cs+ 55Cs+ 5656BaBa2+2+ 表 2 一 般 常 見 的 典 型 元 素 形 成 陰 、 陽 離 子 時 所 易 帶 的 電 荷 數 《 講 解 6》 請 用 路 易 斯 電 子 點 式 表 示 鈉 與 硫 如 何 結 合 成 硫 化 鈉 , 並 同 時 寫 出 硫 化 鈉 的 化 學 式 。 觀 念 : 鈉1111Na (2 ; 8 ; 1)Na (2 ; 8 ; 1), 硫1616S (2 ; 8 ; 6)S (2 ; 8 ; 6), 硫 化 鈉 NaNa22SS。 解 說 : 11Na (2 ; 8 ; 1) ¡1 e ¡ ¡¡¡¡!11Na+(2 ; 8) 11Na (2 ; 8 ; 1) ¡1 e¡ ¡¡¡¡!11Na+(2 ; 8); 16S (2 ; 8 ; 6) +2 e¡ ¡¡¡¡!16S(2 ; 8 ; 8) 16S (2 ; 8 ; 6) +2 e¡ ¡¡¡¡!16S(2 ; 8 ; 8) 【 範 例 7】原 子 序 為 19的 元 素,最 容 易 與 下 列 何 種 原 子 序 的 元 素 以 離 子 鍵 相 結 合 ? (A) 9 (B) 10 (C) 11 (D) 12 【 範 例 8】若 元 素 M與 元 素 X可 結 合 成 化 合 物 C,其 中 M原 子 的 電 子 排 列 是 (2 ; 8 ; 1)(2 ; 8 ; 1)X原 子 的 電 子 排 列 是 (2 ; 8 ; 7)(2 ; 8 ; 7)。 試 回 答 下 列 問 題 : (1) 化 合 物 C 的 化 學 式 應 表 示 為 下 列 何 項 ? (A) MXMX22 (B) MM22X (C) X MXMX (D) MM22XX33 (2) 化 合 物 C 是 屬 於 下 列 哪 一 類 的 物 質 ? (A) 離 子 化 合 物 (B) 分 子 化 合 物 (C) 元 素 分 子 (D) 金 屬 固 體

(7)

2-2.2 離 子 晶 體 1. 利 用 現 代 儀 器( 如 X射 線 繞 射 儀 )探 測 離 子 固 體 結 構 , 顯 示 相 反 電 荷 的 離 子 可 在 任 何 方 向 發 生 鍵 結 , 大 量 陰 、 陽 離 子 作 規 則 堆 積 , 藉 由 靜 電 引 力 在 水 平 及 垂 直 方 向 延 伸 成 為 三 度 空 間 的 離 子 晶 體 。 2. 氯 化 鈉 晶 格 結 構 中 , 每 個 NaNa++不 只 受 到 一 個 ClCl¡¡的 吸 引 力 ; 而 是 每 個 NaNa++最 鄰 近 的 ClCl¡¡有 6個 , 每 一 個 ClCl¡¡最 鄰 近 的 NaNa++也 有 6個 , 晶 格 中 陽 離 子 與 陰 離 子 交 錯 排 列 , 使 得 位 能 達 到 最 低 。 圖 1 NaClNaCl 晶 體 構 造 的 簡 單 示 意 圖 3. 質 硬 而 易 碎 , 不 具 延 展 性 : 離 子 固 體 是 由 陰、陽 離 子 以 靜 電 引 力 結 合,當 離 子 固 體 遭 受 敲 擊 或 重 壓 時 , 因 靜 電 引 力 使 異 電 荷 區 隔 , 晶 體 不 易 沿 切 面 滑 動 , 所 以 易 造 成 晶 體 斷 裂 。 圖 2 離 子 晶 體 受 外 力 作 用 的 示 意 圖 4. 常 溫 時 為 固 體 , 具 有 一 定 的 結 晶 構 造 。 5. 熔 點 、 沸 點 甚 高 , 蒸 氣 壓 低 。 6. 離 子 化 合 物 與 電 解 質 : (1) 固 態:不 導 電 且 缺 乏 延 展 性,但 是 熔 融 狀 態 時 離 子 可 游 動,具 有 導 電 性 。 (2) 水 溶 液 態 : 離 子 化 合 物 溶 於 水 會 解 離 , 屬 於 電 解 質 , 係 因 為 水 分 子 圍 繞 離 子( 水 合 作 用 ), 形 成 水 合 離 子 。 水 合 離 子 在 水 溶 液 中 能 自 由 移 動 , 所 以 離 子 化 合 物 的 水 溶 液 能 導 電 。 7. 一 些 帶 電 荷 的 原 子 團 也 常 形 成 離 子 化 合 物 。 (1) 陽 離 子 : 銨 離 子 (NHNH+4+4)。 (2) 陰 離 子 : OHOH¡¡、 NO¡ 3 NO¡3、 SO 4 SO4 、 CO 3 CO3 、 PO 4 PO4 、 CHCH3COO¡ 3COO¡、 C2O 4 ¢ ¢ ¢ C2O4 ¢ ¢ ¢等 。 8. 原 子 團 內 的 原 子 是 以 共 價 鍵 結 合 , 但 是 離 子 間 則 以 離 子 鍵 結 合 。 (1) 碳 酸 鈉 NaNa22COCO33中 , 碳 酸 根 中 的 C 與 O以 共 價 鍵 結 合 , CO 3 CO3 與 NaNa++再 以 離 子 鍵 結 合 。

(8)

《 講 解 9》 下 列 哪 些 是 離 子 化 合 物 ?

(A) HNOHNO33 (B) KClKCl (C) NHNH44NONO33

(D) COCO22 (E) HH22OO

答 案 : (B)(C)

解 說 : 離 子 化 合 物 是 陽 離 子( 金 屬 離 子 (B)、 或 銨 根 離 子 (C))與 陰 離 子( 非 金 屬 離 子 (B)、 或 酸 根 離 子 (C)) 所 結 合 而 成 。

《 講 解 10》 下 列 何 者 可 以 導 電 ?

(A) OO2(g)2(g) (B) NaClNaCl(s)(s) (C) KFKF((ll))

(D) NaNa22COCO3(aq)3(aq) (E) CuCu(s)(s)

觀 念 : 離 子 化 合 物 的 導 電 性 為 固 態 不 導 電 , 熔 融 態 或 水 溶 液 時 可 以 導 電 。 答 案 : (C)(D)(E) 解 說 : 金 屬 (E), 熔 融 狀 態 (C)或 溶 於 水 (D)的 離 子 化 合 物 均 能 導 電 。 而 氣 態 非 金 屬 (A), 固 態 離 子 化 合 物 (B)均 無 法 導 電 。 【 範 例 11】 下 列 何 者 為 離 子 化 合 物 ? 寫 出 其 化 學 式 。 (a ) 碳 酸 鈣 (b ) 硫 酸 (c) 磷 酸 鈣 (d ) 氯 化 銨 (e) 過 錳 酸 鉀 ( f ) 醋 酸 銨 (g ) 過 氧 化 氫 ( h ) 氫 氧 化 鋁 【 範 例 12】 元 素 Mg與 氮 氣 (N2)形 成 最 穩 定 化 合 物 的 化 學 式 為 : (A) MgNMgN (B) MgNMgN22 (C) MgMg22NN (D) MgMg33NN22 【 範 例 13】 關 於 氯 化 鈉 晶 體 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 以 離 子 鍵 形 成 , 晶 體 具 導 電 性 , 且 具 有 高 熔 點 (B) 質 硬 而 易 碎 (C) 每 個 NaNa++最 鄰 近 的 ClCl¡¡有 4個 (D) NaClNaCl為 氯 化 鈉 的 實 驗 式 ( 簡 式 ) (E) 晶 體 溶 於 水 , 可 形 成 水 合 離 子 而 導 電

(9)

練 習 題 : 1. 下 列 各 化 合 物 中 , 何 者 為 離 子 晶 體 ? (A) HClHCl (B) NaNa22SOSO44 (C) CHClCHCl33 (D) CClCCl44 (E) II22 2. 下 列 各 組 何 者 以 離 子 鍵 結 合 ? (A) 原 子 序 1 7與 14 (B) 原 子 序 17與 19 (C) 原 子 序 7 與 8 (D) 原 子 序 5與 9 3. W 、 X 、 Y 、 Z四 種 元 素 的 原 子 序 分 別 為 1 9 、 1 7 、 16 和 10 , 則 下 列 兩 種 原 子 結 合 時 會 形 成 的 鍵 結 合 者 正 確 ?

(A) Y和 Y: 金 屬 鍵 (B) Z和 Z: 共 價 鍵

(C) X和 Y: 離 子 鍵 (D) W和 Y: 離 子 鍵

4. 當 Ca和 O形 成 化 合 物 時 , 關 於 此 反 應 的 敘 述 下 列 何 項 錯 誤 ? (A) 價 電 子 由 O原 子 轉 移 至 Ca原 子

(B) CaO為 離 子 鍵 , 形 成 離 子 鍵 會 釋 出 能 量 (C) CaO在 常 溫 常 壓 下 , 較 C a穩 定 (D) CaO為 高 熔 點 的 晶 體 物 質 5. 靜 香 在 實 驗 室 中 發 現 了 一 瓶 標 籤 脫 落 的 藥 品 , 經 過 實 驗 確 定 化 合 物 具 有 下 列 的 特 性 : (1)在 固 態 時 , 化 合 物 不 能 導 電 、 (2)配 製 成 水 溶 液 時 , 化 合 物 可 以 導 電 、 (3)以 鐵 鎚 敲 擊 此 化 合 物 時 , 化 合 物 呈 現 碎 裂 。 則 此 化 合 物 可 能 為 下 列 何 項 ? (A) NaNa22SOSO44 (B) HClHCl (C) CC66HH1212OO66 (D) HOClHOCl

6. 已 知 A、 B皆 為 第 三 列 元 素 , 且 A有 2個 價 電 子 , B有 7個 價 電 子 , 則 下 列 有 關 由 A、 B所 形 成 的 化 合 物 之 敘 述 , 何 者 正 確 ? (A) 化 學 式 為AA22BB (B) 為 共 價 分 子 化 合 物 (C) 固 態 及 水 溶 液 均 不 能 導 電 (D) 無 延 性 及 展 性 (E) 常 溫 常 壓 下 為 液 體 7. 下 列 各 化 合 物 , 何 者 同 時 具 有 共 價 鍵 及 離 子 鍵 ? ( 多 選 )

(A) HClHCl (B) NaClNaCl (C) NHNH44ClCl

(D) KClOKClO33 (E) HNOHNO33

8. 下 列 晶 體 , 哪 些 在 固 態 不 導 電 , 但 在 液 態 及 水 溶 液 可 以 導 電 ? ( 多 選 )

(A) CaClCaCl22 (B) HClHCl (C) CuCu

(D) KIKI (E) NaOHNaOH

9. 原 子 序 為 6、 11、12、17 之 四 種 元 素 W、 X、Y、Z所 組 成 之 物 質 , 何 者 熔 點 高 , 熔 融 時 能 導 電 , 但 晶 體 不 會 導 電 ? ( 多 選 )

(A) X和 Z (B) Y和 Z (C) W和 Z (D) X和 Y

Ans1.B 2.B 3.D 4.A 5.A 6.D 7.CD 8.ADE

(10)

2-3 共 價 鍵 與 共 價 分 子 、 網 狀 固 體 非 金 屬 原 子 彼 此 靠 近 時 可 藉 由 共 用 電 子 對 的 方 式 來 結 合 , 共 用 的 價 電 子 會 同 時 受 到 兩 個 帶 正 電 的 原 子 核 所 吸 引 , 進 而 使 結 合 的 原 子 其 價 電 子 數 符 合 八 隅 體 規 則 , 這 樣 的 鍵 結 方 式 稱 為 共 價 鍵 。 2-3 .1 共 價 鍵 與 路 易 斯 結 構 首 先 以 氫 氣 為 例 來 探 討 共 價 鍵 的 形 成 , 當 兩 個 氫 原 子 互 相 靠 近 時 , 因 為 電 子 同 時 被 兩 個 原 子 核,以 電 子 共 用 的 方 式,形 成 比 個 別 原 子 更 穩 定 的 結 合 狀 態 , 就 是 氫 分 子 。 共 價 鍵 的 形 成 如 下 : 1. 原 理 : 兩 個 非 金 屬 原 子 , 因 價 軌 域 中 均 未 全 填 滿 電 子 , 而 彼 此 互 相 需 要 對 方 的 電 子 以 達 鈍 氣 之 電 子 排 列 , 乃 發 生 了 共 用 價 電 子 現 象 。 圖 3 兩 個 氫 原 子 形 成 共 價 鍵 時 的 能 量 變 化 2. 能 量 變 化 : (1) A點 : 兩 原 子 間 距 離 (r) = 1(r) = 1, 原 子 間 無 任 何 作 用 力 , 位 能 為 0。 (2) A→ B→ C 點 : 兩 基 態 氫 原 子 由 r = 1r = 1靠 近 , 因 庫 侖 靜 電 力 的 作 用( 兩 氫 原 子 之 原 子 核 與 K層 電 子 間 ), 使 得 吸 引 力 大 於 斥 力 而 慢 慢 靠 近 。 (3) C點:由 於 兩 原 子 慢 慢 接 近,而 斥 力( 核 與 核 間 )亦 慢 慢 上 升,到 C 點 處 , 引 力 等 於 斥 力 而 達 到 平 衡 。 此 時 之 能 量 最 低 , 故 結 合 而 成 的 氫 分 子 亦 最 穩 定 。 此 時 rrCC = 0= 0:74:74Å, 表 示 氫 分 子 的 鍵 長 , 所 釋 出 的 能 量EECC稱 為 氫 分 子 的 鍵 能 (或 解 離 能 ), HH2(g)2(g) ! 2 H! 2 H(g)(g) ¢H = +436 kJ¢H = +436 kJ。 (4) C→ D→ E點 : 兩 原 子 之 間 的 距 離 r 更 靠 近 , 使 得 排 斥 力 大 於 吸 引 力 , 反 而 使 總 能 量 上 升 , 使 氫 分 子 趨 於 不 穩 定 。 一 、 路 易 斯 結 構 的 基 本 畫 法 1. 電 子 點 式 : 用 元 素 符 號 及 電 子 點 表 示 分 子 的 化 學 式 稱 為 電 子 點 式 。 2. 電 子 點 式 的 書 寫 規 則 : (1) 計 算 化 學 式 中 各 原 子 具 有 的 價 電 子 數 的 總 和 , 典 型 ( A 族 ) 元 素 的 價 電 子 數 等 於 族 數 。 例 如 :V AV A族 的 N、 P有 5個 價 電 子 ,VII AVII A族 的 F、 Cl、 Br、 I有 7個 價 電 子 。 (2) 陰 離 子 需 加 入 所 得 的 電 子 數 , 陽 離 子 則 減 去 失 掉 的 電 子 。 PCl3 = 5 + 7 £ 3 = 26 PCl3 = 5 + 7 £ 3 = 26、NHNH+4+4 = (5 + 1 £ 4) ¡ 1 = 8= (5 + 1 £ 4) ¡ 1 = 8、 SO2¡ 4 = (6 + 6 £ 4) + 2 = 32 SO24¡ = (6 + 6 £ 4) + 2 = 32

(11)

(3) 中 心 原 子 與 外 圍 原 子 之 間 , 先 以 單 鍵 ( 2個 電 子 ) 連 接 。 (4) 將 剩 餘 的 價 電 子 先 分 配 給 外 圍 原 子 , 使 外 圍 原 子 滿 足 八 隅 體 。( H原 子 只 需 2個 電 子 )。 (5) 再 將 剩 餘 的 價 電 子 分 配 給 中 心 原 子 。 (6) 若 中 心 原 子 不 滿 足 八 隅 體 , 則 可 將 外 圍 原 子 上 未 共 用 電 子 對 , 一 對 或 多 對 視 情 形 與 中 心 原 子 共 用 , 使 中 心 原 子 達 到 八 隅 體 。 以 CO2¡ 3 CO23¡為 例 : 價 電 子 總 數 = (4 + 6 £ 3) + 2 = 24= (4 + 6 £ 3) + 2 = 24

Ö

e2¡e2¡

Ö

e2¡e2¡

e2¡ e2¡ ¡ ¡ ¡¡ = = 3. 兩 結 合 原 子 為 達 八 隅 體 而 共 用 電 子 對 , 此 共 用 電 子 對 稱 為 鍵 結 對 子 對 (bp)(bp); 各 原 子 其 餘 未 共 用 的 電 子 對 , 則 稱 為 未 鍵 結 電 子 對 或 孤 對 電 子 (lp)(lp)。

Ö

¡¡ (1) 鍵 結 電 子 對 亦 可 使 用 『 ─ 』 表 示 共 價 鍵 。 4. 不 遵 守 八 隅 體 規 則 的 例 外 : (1) 具 有 奇 數 電 子 的 分 子 , 例 如 : NONO、 NONO22。 (2) 價 電 子 少 於 4個 物 種 , 例 如 :BFBF33。 (3) 多 於 4個 原 子 鍵 結 的 物 種 , 例 如 :PFPF55、 SFSF66。 二 、 單 鍵 、 雙 鍵 與 參 鍵 1. 單 鍵( ¾¾鍵 ):兩 原 子 共 用 一 對 電 子 的 共 價 鍵,以『 - 』表 示。例 如:HH22、FF22Cl2 Cl2、 HH22OO、NHNH33、 CHCH44 ¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。 或 H O : : H 2. 雙 鍵(1¾1¾+1¼+1¼鍵 ): 兩 原 子 共 用 二 對 電 子 的 共 價 鍵 , 以『 = 』表 示 。 例 如 : O2(O = O) O2(O = O)、 COCO22(O = C = O)(O = C = O)、 乙 烯 CC22HH44(H(H22C = CHC = CH22) ¢ ¢ ¢) ¢ ¢ ¢等 。 3. 參 鍵(1¾1¾+2¼+2¼鍵 ): 兩 原 子 共 用 三 對 電 子 的 共 價 鍵 , 以『 ≡ 』表 示 。 例 如 : N2(N ´ N)

N2(N ´ N)、 CO(C ´ O)CO(C ´ O)、 乙 炔 CC22HH22(HC ´ CH) ¢ ¢ ¢(HC ´ CH) ¢ ¢ ¢等 。

4. 一 般 而 言 , 愈 強 的 化 學 鍵 將 結 合 的 原 子 束 縛 的 愈 緊 , 需 要 較 大 的 能 量 才 能 將 化 學 鍵 破 壞。故 兩 原 子 間 共 用 電 子 對 數 目 愈 多,結 合 力 愈 強,鍵 能 愈 大 , 鍵 長 愈 短 。

(12)

(1) 鍵 能 : 參 鍵 > 雙 鍵 > 單 鍵 。 (2) 鍵 長 : 單 鍵 > 雙 鍵 > 參 鍵 。 (3) 以 乙 烷 、 乙 烯 、 乙 炔 為 例 , 比 較 其 C ¡ CC ¡ C鍵 數 、 鍵 能 與 鍵 長 : 化 合 物 CC22HH66 CC22HH44 CC22HH22 C ¡ C C ¡ C鍵 數 單 鍵 雙 鍵 參 鍵 C ¡ C C ¡ C鍵 長 (Å) 1 .5 4 1. 34 1. 20 鍵 能 (kJ/mol) 3 47 61 5 81 2 5. 一 般 來 說 , 同 種 原 子 以 單 鍵 結 合 時 , 則 原 子 半 徑 愈 小 者 , 鍵 長 愈 短 , 鍵 能 愈 大 。 (1) 半 徑 : H < Cl < Br < IH < Cl < Br < I (2) 鍵 長 : H ¡ H < Cl ¡ Cl < Br ¡ Br < I ¡ IH ¡ H < Cl ¡ Cl < Br ¡ Br < I ¡ I (3) 鍵 能 : H ¡ H > Cl ¡ Cl > Br ¡ Br > I ¡ IH ¡ H > Cl ¡ Cl > Br ¡ Br > I ¡ I 6. 一 些 常 見 共 價 鍵 的 平 均 鍵 能 及 鍵 長 表 列 如 下 。 分 子 鍵 能 (kJ/ mo l) 鍵 長 (Å) 分 子 鍵 能 (kJ/ mo l) 鍵 長 (Å) H- H 43 2 0. 74 C- H 41 3 1. 09 F- F 15 9 1. 43 H- F 56 5 0. 92 Cl - Cl 24 3 1. 99 H- Cl 42 7 1. 27 Br- Br 19 3 2. 28 H- Br 36 3 1. 41 I- I 15 1 2. 66 H- I 29 5 1. 61 C- C 34 7 1. 54 O= O 49 8 1. 21 C= C 61 4 1. 34 C ´ OC ´ O 1 07 0 1. 13 C ´ C C ´ C 83 9 1. 21 N ´ NN ´ N 94 5 1. 10 由 表 格 資 料 知 : 鍵 數 愈 多 , 鍵 能 愈 大 ; 鍵 數 相 同 , 鍵 長 愈 短 , 鍵 能 愈 大 。 《 講 解 14》下 列 各 化 合 物 ,畫 線 的 原 子 上 何 者 具 有 孤 電 子 對( 未 鍵 結 電 子 對 )? (A) NHNH33 (B) BFBF33 (C) SOSO22

(D) BeFBeF22 (E) CC22HH66

觀 念 : 未 共 用 的 價 電 子 對 稱 為 未 鍵 結 電 子 對 或 孤 電 子 對 。 答 案 : (A)(C)

(13)

《 講 解 15》 下 列 化 合 物 中 的 鍵 結 , 哪 些 不 符 合 八 隅 體 規 則 ?

(A) COCO (B) NONO (C) NONO22

(D) BeClBeCl22 (E) SFSF66

觀 念 : 不 遵 守 八 隅 體 規 則 的 分 子 : (1)中 心 原 子 價 電 子 缺 少 者 ( 主 要 是II AII A的 BeBe、 III A III A的 BB)。 (2)價 電 子 數 總 和 為 奇 數 個 。 (3)中 心 原 子 價 電 子 數 過 多 ( 5A、 6A、 7A族 ), 又 為 第 三 週 期 以 後 之 元 素 者 。 答 案 : (B)(C)(D)(E) 解 說 : (A) 符 合 八 隅 體 規 則 。 (B) NONO、 (C)NONO22價 電 子 數 總 和 為 奇 數 個 。 (D) 中 心 原 子 (Be)價 電 子 數 缺 少 ( 少 於 8個 )。 (E) 中 心 原 子 (S)價 電 子 數 過 多 ( 超 過 8個 )。 【 範 例 16】若 有 2個 氫 原 子 與 2個 氦 原 子 在 一 起 時,下 列 哪 一 種 組 合 下,物 質 具 有 最 穩 定 的 狀 態 ? (A) HH22、 2 He2 He (B) HH22、 HeHe22 (C) 2 H2 H、 HeHe22 (D) 2 H2 H、 2 He2 He 【 範 例 17】 有 關HH(g)(g)與HH2(g)2(g)性 質 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 氫 分 子 具 有 共 價 鍵 (B) 等 重 的HH(g)(g)與HH2(g)2(g), 前 者 燃 燒 時 放 熱 較 多 (C) 常 溫 常 壓 下HH2(g)2(g)比HH(g)(g)穩 定 (D) HH(g)(g)與HH2(g)2(g)化 學 性 質 相 同 (E) 2 H2 H(g)(g) !!HH2(g)2(g) ¢H¢H< 0< 0

【 範 例 18】 化 學 式 : (a) H(a) H22SS、((b) NHb) NH4++4、 (c) H(c) H22OO22、 (d) HOCl(d) HOCl、 (e) CO(e) CO、 (f) HCN(f ) HCN

(1 )依 八 隅 體 規 則 , 畫 出 上 述 化 學 式 的 路 易 斯 電 子 點 式 。 (2)上 述 分 子 結 構 中 , 何 者 具 有 孤 對 電 子 ?

(14)

【 範 例 19】 下 列 物 質 結 構 中 , 何 者 具 有 雙 鍵 ? ( 多 選 ) (A) NN22 (B) COCO22 (C) OO22 (D) CFCF44 (E) CC22HH44 【 範 例 20】 請 閱 讀 下 列 短 文 後 , 回 答 以 下 問 題 : 價 電 子 為 原 子 中 位 在 最 外 層 的 電 子 , 美 國 化 學 家 路 易 斯 提 出 八 隅 體 法 則 , 他 認 為 第 二 週 期 元 素 形 成 的 分 子 , 其 中 每 個 組 成 原 子 周 圍 環 繞 的 電 子 數 會 傾 向 和 氖 原 子 的 價 電 子 數 一 樣 , 共 8個 電 子 。 這 些 環 繞 的 電 子 , 有 的 會 形 成 化 學 鍵 , 稱 為 鍵 結 電 子 對 ; 有 的 僅 依 附 在 該 原 子 週 遭 , 稱 為 未 鍵 結 電 子 對 或 孤 電 子 對 , 每 一 鍵 結 電 子 對 與 未 鍵 結 電 子 對 皆 由 2個 電 子 組 成 , 故 第 二 週 期 元 素 形 成 的 分 子 , 其 組 成 原 子 的 周 圍 皆 會 有 4對 電 子 對 。 2個 原 子 間 可 能 具 有 1對 、 2對 或 3對 鍵 結 電 子 對 , 分 別 稱 為 單 鍵 、 雙 鍵 或 參 鍵 。( 99學 測 ) 1. 臭 氧 分 子 (O3)內 共 有 幾 個 價 電 子 ? (A) 16 (B) 18 (C) 20 (D) 22 (E) 24 2. 臭 氧 分 子 (O3)內 共 有 幾 對 鍵 結 電 子 對 ? (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 (E) 5

(15)

2-3.2 共 價 分 子 與 網 狀 共 價 固 體 原 子 相 互 以 共 價 鍵 結 合 所 形 成 的 分 子 稱 為 共 價 分 子, 包 含 元 素 (N(N22、PP44 ¢ ¢ ¢ )¢ ¢ ¢ )、 與 分 子 化 合 物 (NH(NH33、 HNOHNO33 ¢ ¢ ¢ )¢ ¢ ¢ )。 一 、 分 子 化 合 物 的 特 性 : 1. 常 溫 常 壓 下 , 由 非 金 屬 原 子 形 成 的 分 子 化 合 物 , 常 以 各 種 不 同 狀 態 存 在 。 (1) 氣 體:分 子 量 較 小 的 雙 原 子 分 子 或 簡 單 的 分 子,例 如:HH22、FF22、ClCl22、NHNH33、 CO

CO、 COCO22、 NN22、 NONO、 NONO22、 SOSO22、 CHCH44 ¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。( HH22OO例 外 )

(2) 液 體 : 分 子 量 約 小 於 20 0者 常 是 揮 發 性 液 體 , 如 有 機 溶 劑 的 正 己 烷 (C(C66HH1414)) 甲 醇 (CH(CH33OH)OH)、 乙 醚 (C(C22HH55OCOC22HH55))、 苯 CC66HH66 ¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。 (3) 固 體 : 分 子 量 較 大 或 分 子 間 作 用 力 大 者 , 通 常 是 固 體 。 例 如 : 葡 萄 糖 (C6H12O6) (C6H12O6)、 聚 合 物 ( 蛋 白 質 、 植 物 纖 維 ) ¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。 2. 一 般 而 言 , 分 子 化 合 物 的 分 子 間 引 力 較 弱 , 通 常 汽 化 熱 較 小 、 熔 點 及 沸 點 低 。 3. 分 子 常 呈 電 中 性 , 氣 態 、 液 態 時 都 無 法 導 電 ( 離 子 化 合 物 熔 融 時 可 導 電 ), 部 份 屬 於 酸(HCl(HCl、CHCH33COOHCOOH ¢ ¢ ¢ )¢ ¢ ¢ )或 鹼(NH(NH33 ¢ ¢ ¢ )¢ ¢ ¢ )的 共 價 分 子 溶 入 水 後 可 以 產 生 離 子 而 導 電 。 二 、 網 狀 共 價 固 體 構 成 物 質 的 組 成 原 子 不 僅 全 部 都 是 以 共 價 鍵 相 互 結 合 , 而 且 還 能 無 限 延 伸 成 巨 大 的 網 狀 結 構 , 即 稱 為 共 價 網 狀 固 體 , 常 見 的 有 鑽 石 (C)(C)、 石 墨 、 硼 (B)(B)、 碳 化 矽 (SiC)(SiC)、 氮 化 硼 (BN)(BN)、 石 英 (SiO(SiO22))¢ ¢ ¢¢ ¢ ¢等 。 網 狀 晶 體 的 特 性 :

1. 在 共 價 網 狀 晶 體 中 , 並 不 存 在 一 個 單 獨 的 小 分 子 , 而 是 一 個 巨 大 結 構 , 因 此 所 寫 的 化 學 式 只 是 實 驗 式 ( 簡 式 ) 而 已 。 2. 網 狀 固 體 的 原 子 間 全 是 , 結 合 力 極 強 , 要 破 壞 它 需 要 較 多 的 能 量 , 所 以 網 狀 晶 體 的 熔 點 都 很 高 。 例 如 : 鑽 石 的 熔 點 為 3550℃ , 矽 的 熔 點 為 1420℃ 。 3. 硬 度 大 , 三 度 空 間 的 鑽 石 及 矽 等 網 狀 共 價 固 體 的 硬 度 極 大 , 其 中 鑽 石 為 一 切 物 質 中 支 最 堅 硬 者 。 但 是 二 度 空 間 ( 平 面 結 構 ) 之 石 墨 卻 為 柔 軟 物 質 。 4. 皆 無 延 性 與 展 性 且 不 溶 於 水 。 5. 導 電 性 , 網 狀 固 體 的 鍵 結 皆 為 共 價 鍵 , 一 般 均 不 導 電 。 但 石 墨 中 有 未 定 域 的 ¼¼電 子 , 故 易 導 電 。 圖 4 鑽 石 ( 三 度 空 間 ) 與 石 墨 ( 二 度 空 間 ) 的 共 價 網 狀 結 構

(16)

6. 在 鑽 石 的 結 構 中 , 每 個 碳 原 子 分 別 與 其 周 圍 的 4 個 碳 原 子 共 用 1 對 價 電 子 , 形 成 正 四 面 體 , 進 而 延 伸 成 三 度 空 間 之 網 狀 結 構 。 7. 在 石 墨 的 結 構 中 , 每 個 碳 原 子 分 別 與 3 個 碳 原 子 藉 共 價 鍵 , 形 成 正 六 邊 形 格 子 的 蜂 巢 狀 平 面 結 構 。 () () ()() 圖 5 石 墨 的 三 種 共 振 結 構 《 講 解 21》 下 列 哪 些 化 合 物 含 有 共 價 鍵 ? (A) NHNH44CCll (B) HH22OO (C) HCHCll

(D) MgOMgO (E) SiSi

觀 念 : 共 價 鍵 是 由 兩 非 金 屬 原 子 相 互 結 合 。 答 案 : (A)(B)(C)(E) 解 說 : 兩 非 金 屬 原 子 會 以 共 價 鍵 相 互 結 合 , 而 金 屬 與 非 金 屬 則 以 離 子 鍵 相 互 結 合 , 另 外 要 注 意 的 是 : 雖 然 氯 化 銨 為 離 子 化 合 物 , 但 銨 根 中 N與 H仍 以 共 價 鍵 相 互 結 合 , 所 以 (A)(B)(C)(E)都 含 有 共 價 鍵 。 《 講 解 22》 下 列 何 者 的 熔 點 最 高 ? (A) NN22 (B) CC66HH1212OO66 (C) HH22OO

(D) COCO22 (E) SiOSiO22

觀 念 : 共 價 網 狀 固 體 因 熔 化 要 破 壞 共 價 鍵 , 所 熔 點 特 別 高 。 答 案 : (E)

解 說 : 共 價 網 狀 固 體 的 熔 點 通 常 高 於 共 價 分 子 , 其 中 (E) SiO(E) SiO22是 共 價 網 狀 固 體 , 其 餘 都 是 共 價 分 子 。 【 範 例 23】 下 列 有 關 網 狀 固 體 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 可 以 用 分 子 式 表 示 (B) 石 英 與 石 墨 皆 為 平 面 網 狀 結 構 (C) 不 具 延 性 與 展 性 (D) 硼 、 碳 、 矽 皆 有 共 價 網 狀 固 體 存 在 (E) 石 墨 與 鑽 石 皆 為 碳 元 素 所 形 成 的 共 價 網 狀 固 體 , 故 兩 者 的 硬 度 相 當

(17)

【 範 例 24】 下 列 物 質 中 , 熔 點 最 高 的 是 ? ( 84日 大 ) (A) 鋁 金 屬 (B) 形 成 網 狀 固 體 的 矽 (C) 形 成 分 子 固 體 的 磷 (D) 形 成 分 子 固 體 的 硫 【 範 例 25】金 剛 石( 鑽 石 )與 石 墨 均 為 碳 的 同 素 異 形 體 。下 列 有 關 金 剛 石 與 石 墨 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 在 金 剛 石 中 , 每 一 個 碳 原 子 與 周 圍 其 他 3個 碳 原 子 鍵 結 (B) 硬 度 : 金 剛 石 > 石 墨 (C) 導 電 度 : 金 剛 石 < 石 墨 (D) 金 剛 石 在 核 能 發 電 的 設 施 上 , 可 作 為 中 子 減 速 劑 (E) 石 墨 的 質 地 軟 , 可 用 來 製 作 鉛 筆 蕊 練 習 題 : 1. 在 CSCS22分 子 中 , C原 子 有 多 少 孤 對 電 子 ? (A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 3 2. 下 列 分 子 的 劃 線 原 子 , 何 者 沒 有 未 鍵 結 電 子 對 ? (A) COCO22 (B) HCHCll (C) HH22OO (D) NHNH33 3. 有 關 共 價 化 學 鍵 的 形 成 , 以 下 何 項 錯 誤 ? (A) 使 原 子 間 趨 向 於 安 定 狀 態 (B) 共 用 價 電 子 對 形 成 的 鍵 結 (C) 使 物 系 能 量 升 高 (D) 有 電 子 同 時 被 二 原 子 核 所 吸 引 4. 下 列 哪 一 組 物 質 完 全 是 由 共 價 鍵 所 形 成 的 分 子 ?

(A) NONO22、 HBrHBr、 NaOHNaOH (B) CO、CO NHNH33、 FF22 (C) CuSOCuSO44、 HH22OO、 CHCH44 (D) COCO22、 BaClBaCl22、 NHNH44CCll

5. NFNF33分 子 之 中 心 原 子 中 有 多 少 的 未 鍵 結 電 子 對 ? (A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 4 6. 下 列 分 子 中 何 有 具 有 雙 鍵 ? (A) COCO22 (B) HCNHCN (C) FF22 (D) HH22OO 7. 下 列 雙 原 子 分 子 的 化 學 鍵 , 何 者 鍵 能 最 小 ? (A) COCO (B) OO22 (C) NN22 (D) FF22

(18)

8. W 、 X 、 Y 、 Z四 種 元 素 的 原 子 序 分 別 為 1 9 、 17 、 16 和 10 , 則 下 列 兩 種 原 子 結 合 時 會 形 成 的 鍵 結 合 者 正 確 ?

(A) Y和 Y: 金 屬 鍵 (B) Z和 Z: 共 價 鍵

(C) X和 Y: 離 子 鍵 (D) W和 Y: 離 子 鍵 9. 已 知 HH22、OO22及 NN22的 鍵 解 離 能 (X(X22 ! 2 X)! 2 X)分 別 為 103.4、116.8及 224.5 kcal/mol,試 問 下 列 何 者 可 能 是 影 響 三 者 數 值 大 小 關 係 的 主 要 因 素 ? (A) 核 電 荷 (B) 鍵 長 (C) 共 用 電 子 數 (D) 游 離 能 10. 原 子 序 5 6的 元 素 X之 氯 化 物 化 學 式 可 能 是 ? (A) XClXCl (B) XCXCll22 (C) XCXCll33 (D) XCXCll44 11. 網 狀 晶 體 中 , 原 子 間 的 作 用 力 為 下 列 何 者 ? (A) 離 子 鍵 (B) 共 價 鍵 (C) 金 屬 鍵 (D) 氫 鍵 12. 下 列 各 物 質 , 何 者 是 具 有 共 價 鍵 的 離 子 化 合 物 ?

(A) NHNH33 (B) HCHCll (C) NaNa22COCO33 (D) BaCBaCll22

13. 下 列 各 化 合 物 , 何 者 同 時 具 有 共 價 鍵 及 離 子 鍵 ? ( 多 選 )

(A) HClHCl (B) NaCNaCll (C) NHNH44CCll

(D) KClOKClO33 (E) HNOHNO33

14. 下 列 晶 體 , 哪 些 在 固 態 不 導 電 , 但 在 液 態 及 水 溶 液 可 以 導 電 ? ( 多 選 )

(A) CaClCaCl22 (B) HCHCll (C) CuCu

(D) KIKI (E) NaOHNaOH

15. 下 列 關 於 化 學 鍵 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 單 原 子 分 子 中 沒 有 化 學 鍵 形 成 (B) 惰 性 氣 體 原 子 不 會 與 其 他 原 子 形 成 (C) 化 學 鍵 形 成 時 會 釋 放 能 量 (D) 分 子 的 性 質 、 形 狀 和 分 子 內 的 化 學 鍵 有 著 密 切 的 關 係 (E) 形 成 化 學 鍵 的 原 子 , 將 失 去 其 原 子 本 來 獨 自 存 在 時 的 化 學 性 質 16. 下 列 分 子 的 中 心 原 子 何 者 沒 有 未 鍵 結 電 子 對 ( 即 中 心 原 子 的 外 層 價 電 子 全 部 參 予 鍵 結 )? ( 多 選 ) (A) COCO22 (B) SOSO22 (C) HH22SS (D) NFNF33 (E) HCHCll (F) HH22OO (G) NHNH33 (H) CHCH44 17. 下 列 哪 些 分 子 的 電 子 點 式,其 每 個 原 子( 氫 除 外 )均 遵 循 八 隅 體 規 則 ?( 多 選 ) (A) BH3 (B) N2O4 (C) SF6 (D) O3 (E) NO2 18. 下 列 何 項 粒 子 不 能 鍵 結 ? ( 多 選 ) (A) NHNH3+ H+ 3+ H+ (B) HH22O + HO + H++ (C) BFBF33+ NH+ NH33 (D) NHNH+4++ H+ 4 + H+ (E) BFBF33+ H+ H++

(19)

19. 下 列 化 合 物 中 的 鍵 結 , 哪 些 不 符 合 八 隅 體 規 則 ? ( 多 選 ) (A) CO (B) NO (C) NO2 (D) BeCl2 (E) SF6 20. 下 列 配 對 之 五 組 元 素 的 原 子 序 , 彼 此 能 形 成 共 價 鍵 者 為 何 ? ( 多 選 ) (A) 6、 17 (B) 16、 17 (C) 2、 1 8 (D) 9、 11 (E) 12、 35 21. 下 列 共 價 鍵 能 之 大 小 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) NN22 > O> O22 > H> H22 > F> F22 (B) ClCl22 > Br> Br22 > I> I22 (C) CH ´ CH > CHCH´ CH > CH22 = CH= CH22 > CH> CH33 ¡ CH¡ CH33 (D) NN22 > FN = NF > H> FN = NF > H22N ¡ NHN ¡ NH22 (E) HO ¡ OH > OHO ¡ OH> O22 22. 下 列 何 者 可 以 導 電 ? ( 多 選 ) (A) CO2 ( g ) (B) KCl( l ) (C) Cu( s ) (D) HCl( l ) (E) 石 墨 23. 下 列 有 關 鑽 石 之 敘 述 , 何 者 錯 誤 ? ( 多 選 ) (A) 晶 體 中 只 有 共 價 鍵 (B) 每 個 碳 原 子 皆 與 相 鄰 的 三 個 碳 原 子 鍵 結 (C) 電 的 良 導 體 (D) 為 目 前 已 知 硬 度 最 大 的 物 質 (E) 熔 點 甚 高 24. 有 關 矽 , 下 列 敘 述 何 者 錯 誤 ? ( 多 選 ) (A) 類 似 石 墨 的 網 狀 固 體 (B) 純 矽 可 做 為 半 導 體 (C) 鍵 長 比 金 剛 石 長 (D) 熔 點 為 第 三 列 元 素 中 最 高 者 (E) 熔 點 比 金 剛 石 高 25. 有 甲 、 乙 、 丙 三 純 物 質 , 其 物 質 特 性 如 下 : 甲 : 黃 色 光 澤 固 體 , 具 導 電 性 。 乙 : 非 導 體 , 在 650℃ 熔 化 成 導 電 液 體 。 丙 : 一 紅 色 固 體 , 具 有 刺 激 臭 味 , 熔 點 173℃ , 熔 化 後 無 法 導 電 。 請 判 斷 何 者 為 : (1)共 價 分 子 固 體 、 (2)離 子 固 體 、 (3)金 屬 固 體 ?

Ans1.A 2.A 3.C 4.B 5.A 6.A 7.D 8.D 9.C 10.B

11.B 12.C 13.C D 14.ADE 15.AC DE 16.AH

17.BD 18.DE 19.BC DE 20.AB 21.ABCD

(20)

2-4 金 屬 鍵 與 金 屬 固 體 一 、 金 屬 鍵 1. 金 屬 由 於 其 最 外 層 電 子 自 原 子 脫 離 進 行 移 動 的 結 果 , 致 使 原 子 核 正 電 荷 數 比 剩 下 的 電 子 所 帶 的 負 電 荷 數 還 多 , 形 成 陽 離 子 , 脫 離 原 子 的 電 子 形 成 自 由 電 子 , 不 屬 於 任 一 個 原 子 , 這 些 自 由 電 子 不 斷 地 在 原 子 間 移 動 , 有 如 陽 離 子 處 於 一 片 電 子 海 中 。 圖 6 金 屬 陽 離 子 在 自 由 電 子 構 成 的 電 子 海 中 2. 每 一 個 金 屬 陽 離 子 均 與 其 周 圍 可 移 動 的 價 電 子 藉 著 靜 電 引 力 相 吸 而 形 成 金 屬 鍵 , 使 許 多 金 屬 陽 離 子 規 律 堆 積 成 金 屬 晶 體 , 因 為 陽 離 子 與 價 電 子 整 個 來 說 , 仍 可 視 為 電 中 性 , 故 金 屬 晶 體 可 依 說 是 由 金 屬 原 子 堆 積 而 成 。 3. 金 屬 原 子 以 特 定 的 堆 積 方 式 組 成 三 度 空 間 的 巨 大 立 體 結 構 , 所 以 金 屬 的 化 學 式 不 使 用 分 子 式 表 示 , 而 採 用 實 驗 式 ( 簡 式 )。 4. 形 成 金 屬 鍵 的 條 件 : (1) 低 游 離 能 及 低 電 負 度 的 原 子 : 金 屬 原 子 的 價 電 子 易 游 離 , 可 在 整 個 金 屬 固 體 中 自 由 移 動 。 (2) 具 空 價 軌 域 的 原 子 : 金 屬 原 子 的 價 軌 域 數 多 , 具 空 價 軌 域 , 能 接 受 鄰 近 原 子 的 價 電 子 , 因 此 電 子 可 到 處 移 動 , 形 成 電 子 海 。 5. 金 屬 鍵 無 方 向 性 。 二 、 金 屬 的 性 質 1. 具 吸 光 及 反 光 性 : 因 為 金 屬 的 價 電 子 束 縛 很 鬆 , 能 吸 收 每 一 種 頻 率 的 光 而 容 易 激 發 , 而 回 到 基 態 時 再 放 出 光 , 因 此 金 屬 常 具 有 金 屬 光 澤 , 大 多 是 銀 白 色 或 銀 灰 色 系 。 2. 延 性 與 展 性 佳 : 當 其 原 子 的 層 面 相 互 滑 過 時 , 因 金 屬 重 組 , 有 新 的 金 屬 鍵 生 成 , 不 破 壞 其 晶 體 構 造 。 3. 導 電 、 導 熱 性 高 , 因 自 由 電 子 在 流 動 。 (1) 溫 度 升 高 , 金 屬 陽 離 子 振 動 加 劇 , 使 電 阻 增 大 , 而 導 電 度 降 低 。 (2) 金 屬 純 度 愈 高 , 導 電 性 愈 佳 。 (3) 金 屬 中 導 電 、 導 熱 性 最 佳 的 是 銀 、 銅 則 次 之 。 (4) 金 屬 中 延 性 、 展 性 最 好 的 是 金 。

(21)

圖 7 金 屬 受 外 力 敲 擊 時 發 生 延 展 變 形 的 現 象 4. 若 加 入 少 量 碳 、 硫 、 磷 , 則 可 使 其 由 軟 而 變 得 較 硬 。( 因 不 純 原 子 的 存 在 阻 礙 其 滑 動 ) 變 因 溫 度 升 高 添 加 少 量 雜 質 金 屬 導 電 度 下 降 導 電 度 下 降 半 導 體 導 電 度 上 升 導 電 度 上 升 表 3 金 屬 導 體 與 半 導 體 的 導 電 差 異 《 講 解 26》 下 列 哪 些 固 體 具 有 金 屬 鍵 ? (A) 食 鹽 (B) 金 剛 石 (C) 石 英 (D) 矽 晶 圓 (E) 白 金 觀 念 : 金 屬 鍵 是 由 金 屬 元 素 原 子 間 形 成 。 答 案 : (E)

解 說 : 金 屬 鍵 是 由 金 屬 元 素 原 子 間 形 成,所 以 (E) Pt(E) Pt 具 有 金 屬 鍵;而 (A) NaCl(A) NaCl 是 由

金 屬 與 非 金 屬 元 素 形 成 的 離 子 固 體 , 是 離 子 鍵 ; (B) C(B) C、 (C) SiO(C) SiO22、 (D) Si(D) Si 則 是 非 金 屬 元 素 原 子 之 間 形 成 的 共 價 網 狀 固 體 , 是 共 價 鍵 。 《 講 解 27》 設 有 元 素 E、 F、 W、 X、 Y和 Z, 其 原 子 序 分 別 為 12、 14、 15、 17、 18 及 19, 則 下 列 兩 原 子 結 合 時 , 會 形 成 何 種 鍵 結 ? 化 學 式 為 何 ? (1 ) E與 X (2 ) W與 X (3 ) X與 X (4 ) F與 F (5 ) Z與 Z 觀 念 : 金 屬 與 非 金 屬 原 子 間 大 多 形 成 離 子 鍵 ; 非 金 屬 與 非 金 屬 原 子 間 大 多 形 成 共 價 鍵 ; 金 屬 與 金 屬 原 子 間 的 鍵 結 , 通 常 為 金 屬 鍵 。 答 案 : (1)離 子 鍵 、 EXEX22, (2) 共 價 鍵 、WXWX33, (3)共 價 鍵 、 XX22, (4) 共 價 鍵 、 FF, (5) 金 屬 鍵 、 ZZ。 解 說 : E、 F、 W 、 X、 Y和 Z, 其 原 子 序 分 別 為 12、 14、 15、 17、 18及 19, 即 為 M g、 Si 、 P 、 Cl、 Ar及 K。 (1 ) E與 X形 成 EXEX22(MgC(MgCll22))。 (2) W與 X形 成 WXWX33(PC(PCll33) 或 WX) WX55(PC(PCll55))。 (3) X與 X形 成 XX22(C(Cll22))。 (4) F與 F形 成 F (Si)F (Si)( 共 價 網 狀 固 體 )。 (5) Z與 Z形 成 Z (K)Z (K)( 金 屬 晶 體 )。

(22)

【 範 例 28】 下 列 有 關 離 子 晶 體 和 金 屬 晶 體 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 離 子 晶 體 和 金 屬 晶 體 在 固 態 時 皆 具 導 電 性 (B) 離 子 晶 體 不 具 延 展 性 (C) 離 子 晶 體 的 熔 點 一 定 較 金 屬 晶 體 為 高 (D) 離 子 晶 體 的 導 熱 性 不 良 (E) 金 屬 晶 體 中 , 溫 度 愈 高 , 金 屬 陽 離 子 振 動 加 劇 , 電 阻 變 大 , 導 電 性 降 低 【 範 例 29】 關 於 金 屬 晶 體 , 下 列 敘 述 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 金 屬 以 金 屬 鍵 結 形 成 晶 體 後 , 化 學 性 質 會 變 得 不 活 潑 (B) 在 金 屬 晶 體 中 , 加 入 少 量 碳 、 磷 或 硫 可 作 為 半 導 體 材 料 (C) 金 屬 晶 體 可 以 視 為 結 晶 格 子 之 陽 離 子 與 自 由 電 子 所 構 成 (D) 金 屬 晶 體 導 電 , 是 由 於 自 由 電 子 之 移 動 所 致 (E) 金 屬 元 素 在 常 溫 常 壓 下 均 為 固 體 【 範 例 30】 下 列 何 者 是 金 屬 固 體 的 特 性 ? ( 多 選 ) (A) 有 金 屬 光 澤 (B) 有 延 性 與 展 性 (C) 為 電 的 良 導 體 (D) 為 熱 的 絕 緣 體 (E) 金 屬 的 化 性 活 潑

(23)

【 範 例 31】下 表 為 甲 、 乙 、 丙 、 丁 四 種 物 質 的 化 學 鍵 類 型 、 沸 點 、 熔 點 以 及 在 一 大 氣 壓 , 25 ℃ 時 的 狀 態 。 回 答 下 列 問 題 。( 100學 測 ) 物 質 化 學 鍵 沸 點 (℃ ) 熔 點 (℃ ) 狀 態 (25℃ ) 甲 共 價 鍵 −253 −259 氣 體 乙 金 屬 鍵 3000 1535 固 體 丙 離 子 鍵 1413 800 固 體 丁 共 價 鍵 100 0 液 體 1. 根 據 上 表 , 哪 一 選 項 中 的 物 質 最 可 能 為 單 元 素 分 子 或 分 子 化 合 物 ? (A) 甲 、 乙 (B) 甲 、 丙 (C) 甲 、 丁 (D) 乙 、 丙 (E) 丙 、 丁 2. 根 據 上 表 , 下 列 有 關 此 四 種 物 質 在 1 大 氣 壓 不 同 溫 度 時 的 狀 態 , 何 者 正 確 ? (A) 甲 物 質 在 0℃ 時 呈 液 態 (B) 乙 物 質 在 0℃ 時 呈 液 態 (C) 丙 物 質 在 50 0℃ 時 呈 固 態 (D) 乙 物 質 在 1000℃ 時 呈 氣 態 (E) 丁 物 質 在 10 00℃ 時 呈 液 態 練 習 題 : 1. 金 屬 在 固 態 及 液 態 時 均 可 導 電 , 是 因 為 其 結 構 中 含 有 何 種 粒 子 ? (A) 質 子 (B) 原 子 (C) 離 子 (D) 自 由 電 子 2. 柯 南 取 得 一 純 物 質 晶 體 , 試 驗 其 特 性 如 下 : (1 )具 有 延 展 性 、 (2)熔 化 後 具 有 導 電 性 、 (3)有 光 澤 。 該 物 質 可 能 為 以 下 何 者 ? (A) 金 屬 固 體 (B) 離 子 化 合 物 (C) 分 子 化 合 物 (D) 高 分 子 聚 合 物 3. 硝 酸 銨 (NH(NH44NONO33))可 作 為 炸 藥 及 肥 料 , 以 下 相 關 的 敘 述 , 何 者 錯 誤 ? (A) NHNH+4+4離 子 中 的 N與 H原 子 間 以 共 價 鍵 結 合 (B) NHNH+4+4和 NO¡ 3 NO¡3以 離 子 鍵 結 合 (C) 易 形 成 晶 體 , 具 有 較 高 的 熔 點 (D) 晶 體 可 傳 熱 導 電 , 且 受 力 容 易 延 展 變 形

(24)

4. 關 於 原 子 間 化 學 鍵 的 種 類 , 下 列 各 組 物 質 中 , 何 組 兩 者 不 同 ?

(A) NaNa、 CuCu (B) NaCNaCll、 HClHCl

(C) OO22、 NN22 (D) NaCNaCll、 MgOMgO

5. 下 列 有 關 金 屬 固 體 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 晶 體 中 , 各 原 子 以 金 屬 鍵 結 合 (B) 參 與 鍵 結 的 價 電 子 並 不 固 定 於 某 一 原 子 , 而 是 分 布 於 整 個 晶 體 中 (C) 金 屬 固 體 具 有 延 性 與 展 性 , 但 合 金 則 不 具 有 延 性 與 展 性 (D) 合 金 是 由 兩 種 或 兩 種 以 上 的 金 屬 元 素 組 成,金 屬 和 非 金 屬 元 素 無 法 組 成 合 金 (E) 一 般 而 言 , 溫 度 愈 高 , 金 屬 的 導 電 性 愈 小 6. 下 列 有 關 金 屬 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 金 屬 原 子 間 的 作 用 力 為 共 價 鍵 (B) 地 殼 中 的 金 屬 元 素 多 以 化 合 物 的 形 式 存 在 (C) 金 屬 能 導 電 、 導 熱 , 通 電 後 易 形 成 陽 離 子 (D) 兩 種 或 兩 種 以 上 的 金 屬 形 成 合 金 後 , 若 質 地 均 勻 可 視 為 純 物 質 (E) 汞 在 常 溫 、 常 壓 下 是 以 液 態 存 在 的 金 屬 元 素 7. 下 列 有 關 於 金 屬 的 敘 述 , 何 者 正 確 ? ( 多 選 ) (A) 金 屬 陽 離 子 與 電 子 海 之 間 的 作 用 力 是 離 子 鍵 (B) 金 屬 可 以 導 電 , 所 以 屬 於 電 解 質 (C) 金 屬 原 子 容 易 失 去 最 外 層 的 價 電 子 (D) 金 屬 原 子 失 去 的 價 電 子 可 在 金 屬 中 自 由 移 動 (E) 金 屬 易 導 電 、 導 熱 , 是 因 為 具 有 可 自 由 移 動 的 電 子

數據

圖 7  金 屬 受 外 力 敲 擊 時 發 生 延 展 變 形 的 現 象   4.  若 加 入 少 量 碳 、 硫 、 磷 , 則 可 使 其 由 軟 而 變 得 較 硬 。( 因 不 純 原 子 的 存 在 阻 礙 其 滑 動 )   變 因   溫 度 升 高   添 加 少 量 雜 質 金 屬   導 電 度 下 降   導 電 度 下 降   半 導 體   導 電 度 上 升   導 電 度 上 升   表 3  金 屬 導 體 與 半 導 體 的 導 電 差 異   《 講 解 26》 下

圖 7

金 屬 受 外 力 敲 擊 時 發 生 延 展 變 形 的 現 象 4. 若 加 入 少 量 碳 、 硫 、 磷 , 則 可 使 其 由 軟 而 變 得 較 硬 。( 因 不 純 原 子 的 存 在 阻 礙 其 滑 動 ) 變 因 溫 度 升 高 添 加 少 量 雜 質 金 屬 導 電 度 下 降 導 電 度 下 降 半 導 體 導 電 度 上 升 導 電 度 上 升 表 3 金 屬 導 體 與 半 導 體 的 導 電 差 異 《 講 解 26》 下 p.21

參考文獻

相關主題 :