# 2020年9月10日 上課
###### tags: `高中化學`
## 第一部分：隨機抽問
1. （簡答題、繪圖題）請 (a)說明實驗室製備 $\text{H}_2$、$\text{O}_2$、$\text{N}_2$、$\text{Cl}_2$ 等氣體的方法，並 (b)畫出實驗裝置的簡圖。每種氣體的製法可能多於一種。
2. （簡答題）請寫出鈉元素 (a)與氧共熱、(b)與氫共熱、(c\)與氯共熱、(d)與水作用、(e)與乙醇作用 的含鈉產物，並寫出氫氧化鈉與 (f)二氧化硫、(g) 二氧化碳、(h)氯化氫 作用的含鈉產物。
3. （繪圖題、簡答題）請 (a)畫出索耳未法（Solvay process）的流程圖，並說明(b) 主要原料、(c\)主要產物、(d)可回收再利用的副產物為何？
4. （簡答題）請比較碳的三種同素異形體。
5. （簡答題）(a)臭氧分子的結構為何？ (b)如何製備臭氧？ (c\)臭氧有什麼功能？ (d)臭氧吸收紫外光的反應機制是什麼？(e)如何檢驗臭氧？
6. （簡答題）(a) 請說明製鋁的拜耳法（Bayer process）和霍爾法（Hall process）。請寫出 (b)鋁元素與酸、鹼的反應式、(c\)氧化鋁與酸、鹼的反應式、(d)氫氧化鋁與酸、鹼的反應式。
7. （簡答題、繪圖題）請寫出 (a)氮的三種氧化物，並畫出路易士結構式，(b)氮的兩種含氧酸，並畫出路易士結構式。
8. （簡答題）請比較鹵素的 (a)顏色與狀態、(b) 熔點、(c\)沸點、(d)原子半徑、(e)離子半徑、(f)分子鍵能、(g)分子鍵長、(h)標準還原電位、(i)最高氧化數。
9. （簡答題）請寫出 (a)濃硝酸與銅的反應式、(b)稀硝酸與銅的反應式、(c\)稀硝酸與鋅的反應式、(d)金與王水的反應式。
10. （簡答題）(a)什麼是硬水？(b)硬水有什麼缺點？(c\)如何軟化硬水？請提供三種方法，並寫出反應式。

### 答題狀況
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|:---:|
| +1 | +1 | +2 | +1 | +2 | +2 | +2 | +2 | +2 | +1 |

## 第二部分：重點整理
過渡元素位於週期表中央，從週期表第四列起，為第 3 族至第 12 族的元素。

代表性元素（representative elements）大致上就是元素週期表上的 s 區元素和 p 區元素。
### 一、1A族——氫和鹼金屬
價電子組態 $n\text{s}^1$
1. 氫
2. 鹼金屬

### 二、2A族——鹼土金屬
價電子組態 $n\text{s}^2$
### 三、3A族（補充）
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^1$
### 四、4A族
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^2$
1. 碳
1. 同素異形體：石墨、鑽石、富勒烯
2. 矽
### 五、5A族
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^3$
1. 氮
1. 化合物（一）：氮氧化物

2. 化合物（二）：含氧酸
- 硝酸
- 亞硝酸
2. 磷（補充）
1. [同素異形體](https://reurl.cc/3LYjbO)：白磷、紅磷、黑磷
2. 化合物（一）：含氧酸
### 六、6A族
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^4$
1. 氧
1. 同素異形體：氧 $\text{O}_2$、臭氧 $\text{O}_3$
2. 化合物（一）：氧化物（oxides） $\text{X}_m\text{O}_n$

3. 化合物（二）：氫氧化物（hydroxide）$\text{X(OH)}_n$
2. 硫
### 七、7A族——鹵素
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^5$
1. 化合物（一）鹵化氫 $\text{HX}_{(\text{g})}$、氫鹵酸 $\text{HX}_{(\text{aq})}$

### 八、8A族（補充）
價電子組態 $n\text{s}^2n\text{p}^6$（但氦的價電子組態是$1\text{s}^2$）

## 第三部分：解答課前提問
### p.371
> 五.2 $\text{Cl}_2$與其他鹵素分子之性質:
> 五.2.2 $\text{F}_2<\text{Cl}_2<\text{Br}_2<\text{I}_2$ 的顏色指的是？(越來越深還是怎樣？) 若可以的話，它們在 $\text{CCl}_4$ 的顏色分別是什麼？

網路上可查到以下資訊：

>不同的鹵素在四氯化碳中的顏色不同：氯呈黃綠色、溴呈暗紅色、碘呈紫色。
> http://163.28.10.78/content/senior/chemistry/tp_sc/experiment/01/02b.htm

> 水中：无（与水反应）、黄绿色、棕黄、橙黄 。
> 四氯化碳中：分别是浅黄绿色、黄绿色、紫红、橙红
> https://zhidao.baidu.com/question/488161108

> ==The halogens become darker as you go down the group.== Fluorine is very pale yellow, chlorine is yellow-green, and bromine is red-brown. Iodine crystals are shiny purple - but easily turn into a dark purple vapour when they are warmed up.
> https://www.bbc.co.uk/bitesize/guides/ztq6cwx/revision/2

### p.371
> 五.2.7.2 鍵解離常數是甚麼？

應該寫成鍵離解能（bond dissociation energy）。

- **鍵離解能**是共價鍵[均裂](https://en.wikipedia.org/wiki/Homolysis_(chemistry))（homolysis）生成原子或自由基（free radical）的標準焓變化（standard enthalpy change）。鍵離解能與溫度有關，標準焓變化的溫度通常定為絕對零度 $0~\text{K}$，有時也定成標準狀態溫度 $298~\text{K}$。
- **鍵能**通常指在標準狀態下氣態分子拆開成氣態原子時，每種化學鍵所需能量的平均值。
- 除了雙原子分子以外，鍵離解能不同於鍵能。鍵離解能是單一化學鍵的能量，鍵能是所有與特定分子同類型化學鍵之鍵離解能的*平均值*。參考：https://en.wikipedia.org/wiki/Bond-dissociation_energy#Bond_energy

### p.371
> 五.4.2.2 $\text{HI}$ 的熔點不是先比分子量再比對稱性嗎？那 $\text{HI}$ 的mp最大的原因應該是分子量最大而不是因為對稱性最差才對？而且應該是對稱性越好mp越大才對？

先google搜尋鹵化氫（hydrogen halides）的熔點，確定講義上的排序無誤：

| $\text{HF}$ | $\text{HCl}$ | $\text{HBr}$ | $\text{HI}$ |
|:-----------:|:------------:|:------------:|:--------------------:|
| $-83.6~^\circ\text{C}$ | $-114.2~^\circ\text{C}$ | $-87~^\circ\text{C}$ | $-51~^\circ\text{C}$ |

再搜尋關鍵字「hydrogen halides melting point」，可以找到有人詢問：

> Explain the observed trend in the melting points of the hydrogen halides.

> Generally the melting point would increase by increasing the molar mass. The atom with high molar mass contains the electrons loosely bound with the nucleus. This causes the greatest induced polarization in the corresponding molecule or atoms. Hence it forms the strong ==dispersion forces== between the molecules. To melt such type of substances we must give some additional energy. Hence their melting points are very high.
>
> In the given compounds, $\text{HI}$ has the highest molar mass. Hence it has the highest melting point. But $\text{HF}$ is a exceptional because it forms hydrogen bonding forces along with other forces. These hydrogen bonding forces increases the melting point.
>

再看另一篇：
> The boiling points of the rest of the hydrogen halides increase as the molecules get bigger. The extra electrons allow bigger temporary dipoles and so increase the amount of van der Waals dispersion forces between the molecules. But hydrogen fluoride also has hydrogen bonding between the HF molecules. The bond is very polar so that the hydrogen has a significant amount of positive charge and the fluorine a significant amount of negative charge. In addition, the fluorine has small intense lone pairs. Hydrogen bonds can form between the hydrogen on one molecule and a lone pair on the fluorine in its neighbour.
> https://www.chemguide.co.uk/inorganic/questions/a-gp7acidityhx.pdf

結論：應該先比分子量，分子量越大熔點越高，$\text{HF}$ 因為有氫鍵，所以是例外。

### p.382
> 一.1.5 碳酸氫鈉(sodium bicarbonate):
> 一.1.5.2 為何其可為單元酸?(我在網路上沒找到碳酸氫鈉可以做單元酸的資料)

單元酸就是一元酸，依布忍斯特－羅瑞酸鹼理論，碳酸氫鈉可解離出一個氫離子，所以是一元酸，$\text{p}K_\text{a}=10.329$（也是碳酸的$\text{p}K_{\text{a}2}$）。講義上疑似寫錯為「一元弱鹼」。

### p.373 單元20 範例3、<br>p.388 單元21 範例5 (A)</br>

###
> 有些題目我覺得它根本就只是"硬要"，根本就跟這兩個單元完全無關。

這兩個單元本來就是所有元素的性質都可以考，也可以融合以前學過的章節（如氧化還原、酸鹼鹽），所以這兩題並無不妥。

### 法揚士規則
1. 同種陰離子，高價陽離子吸引電子對，使鍵的共價性增大而離子性小，離子鍵較弱，熔點較低。
舉例:熔點高低--- SbCl3 > SbCl5、SnCl2 > SnCl4

2. 同種陽離子，高價陰離子電子對易被吸引，鍵的共價性增大，離子性小，離子鍵較弱，熔點較低。

舉例:熔點高低---KCl > K2S

(ps.其實這個也可以用電負度差比)

3. 當離子大小相近(或堆積方式相同)時，陽離子具有鈍氣電子組態者離子鍵較非鈍氣組態者強。

舉例:熔點高低---SrCl2 > HgCl2

4. 過度金屬離子比非過渡金屬離子有較強的極化能力，共價性增大，離子鍵較弱，熔點較低。

舉例:熔點高低---MgCl2 > CuCl2

(A族元素>過渡元素)

## 隨機抽問參考答案
1. (a)(b)
- $\text{H}_2$：
- 活潑金屬（IA族、$\text{Ca}$、$\text{Sr}$、$\text{Ba}$）與常溫水作用。
- 活潑金屬（$\text{Mg}$、$\text{Be}$）與沸水作用。
- 次活潑金屬（$\text{Zn}$、$\text{Fe}$ 等）與稀酸。
- 兩性金屬（$\text{Al}$、$\text{Sn}$ 等）加強酸或強鹼。
- 金屬氫化物（如 $\text{NaH}$）加水。
- $\text{O}_2$：
- 以二氧化錳為催化劑，加熱氯酸鉀。
- 以二氧化錳為催化劑，雙氧水自身氧化還原。
- $\text{N}_2$：
- 亞硝酸鈉與氯化銨共熱
- 氨氣通過灼熱的氧化銅
- 加熱二鉻酸銨
- $\text{Cl}_2$：
- 以二氧化錳（或過錳酸鉀）氧化鹽酸

2. (a)$\text{Na}_2\text{O}_2$、(b)$\text{NaH}$、(c\) $\text{NaOH}$、(d)$\text{NaCl}$、(e)$\text{CH}_3\text{COONa}$、(f)$\text{Na}_2\text{SO}_3$、(g)$\text{Na}_2\text{CO}_3$、(h)$\text{NaCl}$
3. 取自https://www.youtube.com/watch?reload=9&v=C_kQykJEi_4

4. 參考下表
5. 參考下表

5. 陳紀全講義p.365、p.366
6.