115分科測驗化學 第8題 詳解

答案(C)(E)看逐步解析 ↓

逐步解析

1. 1

   先平衡反應式

   本題綜合考氧化數判斷、分子形狀與混成軌域、酸酐性質與化學計量，全部繞著式 1 打轉，所以第一件事是把式 1 平衡好。P 守恆給 4 個 $\mathrm{H_3PO_4}$，H 守恆要求 12 個 $\mathrm{HNO_3}$，N 守恆給 6 個 $\mathrm{N_2O_5}$：
   $$\mathrm{P_4O_{10}+12\,HNO_3\rightarrow 4\,H_3PO_4+6\,N_2O_5}$$
   檢查 O：左 $10+36=46$、右 $16+30=46$，平衡無誤。這其實是 $\mathrm{P_4O_{10}}$ 當脫水劑、把硝酸脫水成硝酸酐的反應。
2. 2

   (A) 氧化數不變

   逐一標氧化數：P 在 $\mathrm{P_4O_{10}}$ 與 $\mathrm{H_3PO_4}$ 中都是 $+5$；N 在 $\mathrm{HNO_3}$ 與 $\mathrm{N_2O_5}$ 中都是 $+5$；O 維持 $-2$、H 維持 $+1$。沒有任何元素的氧化數改變，這是脫水（非氧化還原）反應，(A) 錯誤。判斷氧化還原的依據是氧化數有無變化，不是反應物裡有沒有氧。
3. 3

   (B) 平面三角形

   硝酸根 $\mathrm{NO_3^-}$ 的中心 N 接 3 個 O 且無孤對電子，價殼層電子對互斥理論給出平面三角形，鍵角 $120^{\circ}$，N 為 $sp^2$ 混成，並有離域 $\pi$ 鍵使三個 N－O 鍵等長。「角錐形」是 $\mathrm{NH_3}$ 那種中心原子帶一對孤對電子的形狀，(B) 錯誤。
4. 4

   (C) 酸酐溶水

   $\mathrm{N_2O_5}$ 正是硝酸的酸酐，溶於水逆向變回硝酸：$\mathrm{N_2O_5+H_2O\rightarrow 2\,HNO_3}$，硝酸是強酸、完全解離，$[\mathrm{H^+}]$ 上升、pH 下降，(C) 正確。這也符合通則：非金屬氧化物多為酸性氧化物。
5. 5

   (D) 計量比 12

   由平衡式，1 莫耳 $\mathrm{P_4O_{10}}$ 需要 12 莫耳 $\mathrm{HNO_3}$ 才能完全反應，不是 4 莫耳，(D) 錯誤。誤選 4 的人多半是拿未平衡的式 1 直接讀係數，或只顧 P 對 $\mathrm{H_3PO_4}$ 的 1 比 4 就類推。
6. 6

   (E) 同為 sp²

   $\mathrm{N_2O_5}$ 的結構是 $\mathrm{O_2N{-}O{-}NO_2}$，每個 N 都連 3 個 O、無孤對電子，與 $\mathrm{HNO_3}$ 中的 N 一樣呈平面三角形，皆為 $sp^2$ 混成，(E) 正確。綜合以上，答案選 (C)(E)。

關鍵觀念：#氧化還原反應 #分子幾何 #酸性氧化物

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