亞洲大學 109 年 《化學》

核心觀念

本題考查測量結果的「精密度（precision）」與「準確度（accuracy）」：

• 精密度：多次測量結果彼此接近的程度，反映測量的重現性。
• 準確度：測量結果接近真實值的程度，反映測量值與標準值的差異。

判斷時：

• 多次結果彼此接近 $\rightarrow$ 精密。
• 測量結果接近實際值 $\rightarrow$ 準確。

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解題方法

四次測量結果為：

$$4.71,\ 4.73,\ 4.67,\ 4.69\ \mathrm{g/mL}$$

先觀察數值的分布範圍：

$$4.73-4.67=0.06\ \mathrm{g/mL}$$

四個數值皆落在 $4.67$ 至 $4.73\ \mathrm{g/mL}$ 之間，彼此差距很小，因此具有良好的精密度。

再計算平均值：

$$\bar{x} =\frac{4.71+4.73+4.67+4.69}{4} =\frac{18.80}{4} =4.70\ \mathrm{g/mL}$$

實際值為：

$$x_{\text{actual}}=4.40\ \mathrm{g/mL}$$

平均測量值與實際值相差：

$$4.70-4.40=0.30\ \mathrm{g/mL}$$

相對誤差為：

$$\frac{0.30}{4.40}\times 100\% \approx 6.8\%$$

測量結果雖然彼此集中在 $4.70\ \mathrm{g/mL}$ 附近，但整體明顯偏離實際值 $4.40\ \mathrm{g/mL}$，因此準確度不佳。

所以本實驗結果是：

• 彼此接近：精密。
• 偏離真實值：不準確。

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選項分析

(A) Her results are precise, but not accurate.

核心觀念

本題考查有效數字（significant figures）的判定，並結合：

1. 加法的有效數字規則：依「小數位數最少」者決定結果位數。
2. 除法的有效數字規則：依「有效數字最少」者決定結果位數。

題目未提供單位，因此計算結果為無因次量，不需進行單位換算。

解題方法

第一步：處理分子加法

分子為：

$$249.362+41$$

$249.362$ 精確到小數點後第 3 位；$41$ 精確到個位數。因此加法結果必須保留到個位數：

$$249.362+41=290.362\approx 290$$

為明確表示這個結果具有 3 位有效數字，可寫成：

$$2.90\times 10^2$$

第二步：進行除法

分母 $63.498$ 具有 5 位有效數字，而分子 $2.90\times10^2$ 具有 3 位有效數字。

除法結果應保留較少的 3 位有效數字：

$$\frac{290}{63.498}=4.567\ldots$$

核心觀念

本題考查離子化合物的命名，重點包括：

1. 判斷陽離子與陰離子的種類。
2. 由化學式確認離子電荷是否平衡。
3. 分辨 phosphate（磷酸根）與 phosphite（亞磷酸根）。
4. 判斷金屬是否需要使用羅馬數字標示氧化數。

$\ce{Ca3(PO4)2}$ 是由：

• $\ce{Ca^{2+}}$：calcium ion，鈣離子
• $\ce{PO4^{3-}}$：phosphate ion，磷酸根離子

所形成的離子化合物。

解題方法

1. 判斷陰離子名稱

常見含氧多原子陰離子如下：

• $\ce{PO4^{3-}}$：phosphate，磷酸根
• $\ce{PO3^{3-}}$：phosphite，亞磷酸根

題目中的陰離子是 $\ce{PO4^{3-}}$，因此名稱必須是 phosphate，不能寫成 phosphite。

2. 判斷陽離子名稱

鈣屬於第 2 族金屬，通常形成固定電荷的 $\ce{Ca^{2+}}$。因此陽離子名稱直接寫作 calcium，不需標示 calcium (II)。

3. 確認化學式的電荷平衡

化學式中有 3 個 $\ce{Ca^{2+}}$，總正電荷為：

$$3 \times (+2)=+6$$

有 2 個 $\ce{PO4^{3-}}$，總負電荷為：

$$2 \times (-3)=-6$$

總電荷為：

$$+6+(-6)=0$$

因此 $\ce{Ca3(PO4)2}$ 的組成正確，命名為：

calcium phosphate

中文為磷酸鈣。

選項分析

(A) calcium (III) phosphite

錯誤。

• 鈣形成的主要陽離子為 $\ce{Ca^{2+}}$，不是 $\ce{Ca^{3+}}$，因此不能寫 calcium (III)。

核心觀念

本題考查離子化合物的化學式書寫與電荷平衡。

• 鋁離子：$\ce{Al^{3+}}$
• 硫酸根離子：$\ce{SO4^{2-}}$

離子化合物必須符合：

1. 整體呈電中性。
2. 化學式表示離子的最簡整數比。
3. 多原子離子如硫酸根 $\ce{SO4^{2-}}$ 的數目大於 $1$ 時，必須使用括號。

解題方法

設鋁離子與硫酸根的數量分別為 $x$ 與 $y$，電荷總和為零：

$$3x-2y=0$$

因此：

$$3x=2y$$

鋁離子的電荷量為 $+3$，硫酸根的電荷量為 $-2$。取兩者電荷的最小公倍數 $6$：

• $2$ 個 $\ce{Al^{3+}}$ 提供總電荷 $+6$
• $3$ 個 $\ce{SO4^{2-}}$ 提供總電荷 $-6$

因此離子比例為：

$$\ce{Al^{3+} : SO4^{2-} = 2 : 3}$$

鋁硫酸鹽的化學式為：

$$\ce{Al2(SO4)3}$$

電荷驗算：

$$2(+3)+3(-2)=+6-6=0$$

所以化合物為電中性。

選項分析

(A) $\ce{Al2SO4}$

其中含有 $2$ 個 $\ce{Al^{3+}}$ 與 $1$ 個 $\ce{SO4^{2-}}$：

$$2(+3)+(-2)=+4$$

核心觀念

本題考查由元素質量百分比求化合物的實驗式（empirical formula）。

實驗式表示各元素原子的最簡整數比，標準解法為：

1. 假設化合物總質量為 $100\ \mathrm{g}$。
2. 將各元素質量除以原子量，換算成莫耳數。
3. 所有莫耳數同除以最小值。
4. 將所得比例化為最簡整數比，寫出化學式。

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解題方法

題目指出化合物含有 $\ce{C}$、$\ce{H}$、$\ce{O}$，其中：

• $\ce{C}$：$51.59\%$
• $\ce{O}$：$35.30\%$

因此氫的質量百分比為：

$$\% \ce{H}=100.00\%-51.59\%-35.30\%=13.11\%$$

假設化合物總質量為 $100.00\ \mathrm{g}$，則各元素質量為：

$$m_{\ce{C}}=51.59\ \mathrm{g}$$ $$m_{\ce{H}}=13.11\ \mathrm{g}$$ $$m_{\ce{O}}=35.30\ \mathrm{g}$$

換算成莫耳數：

$$n_{\ce{C}}=\frac{51.59\ \mathrm{g}}{12.0\ \mathrm{g/mol}} =4.299\ \mathrm{mol}$$ $$n_{\ce{H}}=\frac{13.11\ \mathrm{g}}{1.00\ \mathrm{g/mol}} =13.11\ \mathrm{mol}$$ $$n_{\ce{O}}=\frac{35.30\ \mathrm{g}}{16.0\ \mathrm{g/mol}} =2.206\ \mathrm{mol}$$

最小莫耳數為 $2.206\ \mathrm{mol}$，各元素莫耳數同除以此值：

$$\ce{C}:\frac{4.299}{2.206}=1.95\approx 2$$ $$\ce{H}:\frac{13.11}{2.206}=5.94\approx 6$$ $$\ce{O}:\frac{2.206}{2.206}=1$$

因此原子數比為：

核心觀念

本題考查：

• 化學反應式的化學計量關係
• 限量試劑的判定
• 理論產率的計算
• 莫耳數、莫耳質量與質量的換算

燃燒反應已配平為：

$$\ce{2C8H18 + 25O2 -> 16CO2 + 18H2O}$$

由反應式可知：

$$25\ \mathrm{mol}\ \ce{O2} \longrightarrow 16\ \mathrm{mol}\ \ce{CO2}$$

完全燃燒時，$\ce{C8H18}$ 中的碳被氧化成 $\ce{CO2}$，氫則形成 $\ce{H2O}$。本題只需依據配平係數進行化學計量計算，不需進一步分析燃燒反應的自由基連鎖機構。

解題方法

題目給予：

$$n(\ce{C8H18})=4.000\ \mathrm{mol}$$ $$n(\ce{O2})=4.000\ \mathrm{mol}$$

先判定限量試劑。

由反應式：

$$2\ \mathrm{mol}\ \ce{C8H18} \text{ 需要 } 25\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}$$

因此，$4.000\ \mathrm{mol}$ 的 $\ce{C8H18}$ 完全反應所需的 $\ce{O2}$ 為：

$$4.000\ \mathrm{mol}\ \ce{C8H18} \times \frac{25\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}} {2\ \mathrm{mol}\ \ce{C8H18}} = 50.00\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}$$

實際只有 $4.000\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}$，小於所需的 $50.00\ \mathrm{mol}$，因此 $\ce{O2}$ 是限量試劑。

接著以 $\ce{O2}$ 計算生成的 $\ce{CO2}$ 莫耳數：

$$4.000\ \mathrm{mol}\ \ce{O2} \times \frac{16\ \mathrm{mol}\ \ce{CO2}} {25\ \mathrm{mol}\ \ce{O2}} = 2.560\ \mathrm{mol}\ \ce{CO2}$$

$\ce{CO2}$ 的莫耳質量為：

$$M(\ce{CO2}) = 12.0+2(16.0) = 44.0\ \mathrm{g/mol}$$

因此，$\ce{CO2}$ 的理論產率為：

$$2.560\ \mathrm{mol}\ \ce{CO2} \times 44.0\ \mathrm{g/mol} = 112.64\ \mathrm{g}$$

依有效位數表示：

$$\boxed{112.7\ \mathrm{g}}$$

選項分析

• (A) $112.7\ \mathrm{g}$：正確。
  $\ce{O2}$ 為限量試劑，生成 $2.560\ \mathrm{mol}$ 的 $\ce{CO2}$，其質量為 $112.7\ \mathrm{g}$。

核心觀念

本題考查酸鹼中和滴定，以及由化學反應係數建立莫耳數關係。

硫酸 $\ce{H2SO4}$ 為二元酸，每 $1$ mol $\ce{H2SO4}$ 可提供 $2$ mol $\ce{H+}$；氫氧化鋰 $\ce{LiOH}$ 為強鹼，每 $1$ mol $\ce{LiOH}$ 提供 $1$ mol $\ce{OH-}$。

完全中和反應為：

$$\ce{H2SO4 + 2LiOH -> Li2SO4 + 2H2O}$$

因此在當量點：

$$n(\ce{LiOH})=2n(\ce{H2SO4})$$

解題方法

已知：

• $\ce{H2SO4}$ 溶液體積：$25.0\ \mathrm{mL}=0.0250\ \mathrm{L}$
• $\ce{LiOH}$ 溶液體積：$83.6\ \mathrm{mL}=0.0836\ \mathrm{L}$
• $\ce{LiOH}$ 濃度：$0.12\ \mathrm{M}$

先計算氫氧化鋰的莫耳數：

$$n(\ce{LiOH}) = M \times V = 0.12\ \mathrm{mol\,L^{-1}} \times 0.0836\ \mathrm{L}$$ $$n(\ce{LiOH})=0.010032\ \mathrm{mol}$$

依反應係數 $1:2$：

$$n(\ce{H2SO4}) = \frac{0.010032}{2} = 0.005016\ \mathrm{mol}$$

再計算硫酸溶液的濃度：

$$[\ce{H2SO4}] = \frac{n}{V} = \frac{0.005016\ \mathrm{mol}}{0.0250\ \mathrm{L}}$$

核心觀念

主量子數 $n$ 決定電子所在的殼層（shell）；每一個殼層內可包含若干個次殼層（subshells）。

角量子數 $\ell$ 的取值範圍為：

$$\ell=0,1,2,\ldots,n-1$$

因此，主量子數為 $n$ 的殼層，共有 $n$ 個次殼層。

各角量子數對應的次殼層如下：

• $\ell=0$：$s$ 次殼層
• $\ell=1$：$p$ 次殼層
• $\ell=2$：$d$ 次殼層
• $\ell=3$：$f$ 次殼層

解題方法

題目給定：

$$n=4$$

因此角量子數可取：

$$\ell=0,1,2,3$$

分別對應：

$$4s,\quad 4p,\quad 4d,\quad 4f$$

所以，$n=4$ 的殼層包含 $4$ 個次殼層。

$$\boxed{4\text{ subshells}}$$

選項分析

核心觀念

價電子（valence electrons）是指原子最外層主量子數 $n$ 的電子。主族元素的價電子數，通常可由週期表族數快速判斷。

碳元素 $\ce{C}$ 的原子序為 $6$，中性碳原子具有 $6$ 個電子，其電子組態為：

$$1s^2\,2s^2\,2p^2$$

最外層為第二電子層，即 $n=2$，包含：

$$2s^2+2p^2=4$$

因此，碳原子具有 $4$ 個價電子。

解題方法

先由碳的原子序 $6$ 得知中性碳原子有 $6$ 個電子，依能階填入：

$$1s^2\,2s^2\,2p^2$$

其中第一層 $1s^2$ 是內層電子；第二層的 $2s^2$ 與 $2p^2$ 位於最外層，因此屬於價電子：

$$\text{價電子數}=2+2=4$$

核心觀念

本題考查：

1. 離子半徑的比較。
2. 等電子離子（isoelectronic species）的判斷。
3. 在電子數相同時，核電荷對離子半徑的影響。

三種離子的電子數分別為：

• $\ce{Ca^2+}$：鈣原子序 $20$，失去 $2$ 個電子
  $20-2=18\text{ 個電子}$
• $\ce{S^2-}$：硫原子序 $16$，得到 $2$ 個電子
  $16+2=18\text{ 個電子}$
• $\ce{Cl^-}$：氯原子序 $17$，得到 $1$ 個電子
  $17+1=18\text{ 個電子}$

因此，三者皆為具有 $18$ 個電子的等電子離子，電子組態與氬相同：

$\ce{Ca^2+},\ \ce{S^2-},\ \ce{Cl^-}: [\ce{Ar}]$

解題方法

對於等電子離子，電子數相同，電子間的排斥作用大致相近，因此離子半徑主要取決於原子核的核電荷，也就是質子數。

核電荷越大，原子核對相同數量電子的吸引力越強，電子雲被拉得越緊，離子半徑越小。

三者的原子序為：

$\ce{S}:16<\ce{Cl}:17<\ce{Ca}:20$

因此核電荷大小為：

$\ce{S^2-}<\ce{Cl^-}<\ce{Ca^2+}$

但離子半徑與核電荷大小呈反向關係，所以半徑大小规律為：

$\boxed{\ce{Ca^2+}<\ce{Cl^-}<\ce{S^2-}}$

選項分析

核心觀念

本題考查「鍵結種類」與「電負度差」的判斷。

共價鍵形成於非金屬原子之間，電子以共享方式存在；若兩原子的電負度不同，共享電子偏向電負度較大的原子，形成極性共價鍵。氧的電負度很高，因此與氫形成的 $\ce{O-H}$ 鍵中，鍵結電子偏向氧：

$$\ce{H^{\delta+}-O^{\delta-}}$$

判斷時可綜合考慮：

1. 元素屬於金屬或非金屬。
2. 電負度差 $\Delta EN$。
3. 鍵結的典型分類：金屬與非金屬通常形成離子鍵，非金屬與非金屬通常形成共價鍵。

解題方法

氧為非金屬元素。逐一觀察各選項與氧形成的鍵：

• 金屬 $\ce{Mg}$ 與氧形成的 $\ce{Mg-O}$，主要為離子鍵。
• 氫 $\ce{H}$ 與氧同屬非金屬，形成共價鍵；因氧的電負度較高，故為極性共價鍵。
• 金屬 $\ce{Al}$ 與氧形成的 $\ce{Al-O}$，在基礎化學分類中主要視為離子鍵。
• 氧與氧的電負度相同，形成非極性共價鍵。

因此最符合「極性共價鍵」的元素為氫。

選項分析

(A) $\ce{Mg}$：錯誤

鎂為第 2 族金屬，容易失去兩個價電子形成 $\ce{Mg^{2+}}$；氧容易得到電子形成 $\ce{O^{2-}}$：

$$\ce{Mg -> Mg^{2+} + 2e^-}$$ $$\ce{O + 2e^- -> O^{2-}}$$

整體形成氧化鎂：

$$\ce{Mg^{2+} + O^{2-} -> MgO}$$

$\ce{MgO}$ 的主要鍵結為離子鍵，不是典型的極性共價鍵。

(B) $\ce{H}$：正確

核心觀念

本題考查「形式電荷（formal charge）」與八隅體規則。

形式電荷公式為：

$$\text{形式電荷} = \text{價電子數} - \text{孤電子數} - \frac{\text{成鍵電子數}}{2}$$

氧原子位於第 16 族，具有 $6$ 個價電子。若遵守八隅體規則，氧原子周圍必須有 $8$ 個電子。

解題方法

設氧原子形成 $n$ 個共價鍵。每個共價鍵提供氧原子分配到 $1$ 個成鍵電子，因此成鍵電子的分配數為 $n$。

為符合八隅體，氧原子周圍共有 $8$ 個電子，其中成鍵電子共有 $2n$ 個，所以孤電子數為：

$$8-2n$$

代入形式電荷公式：

$$\text{形式電荷} = 6-(8-2n)-n$$

整理得：

$$\text{形式電荷} = 6-8+2n-n = n-2$$

題目要求形式電荷為 $0$：

$$n-2=0$$ $$n=2$$

因此，氧原子需形成 $2$ 個共價鍵。此時氧原子通常具有兩對孤電子，結構可表示為 $\ce{R-O-R}$，或在雙鍵中以鍵級 $2$ 表示，例如 $\ce{O=O}$。

選項分析

核心觀念

本題考查 Lewis 結構、八隅體規則與形式電荷。判斷 Lewis 結構是否正確時，需檢查：

1. 原子是否符合八隅體（氫為二隅體）。
2. 價電子總數是否正確。
3. 形式電荷是否合理。

形式電荷公式為：

$$\text{形式電荷} = \text{價電子數} - \left( \text{非鍵結電子數} + \frac{1}{2}\text{鍵結電子數} \right)$$

解題方法

逐一檢查各選項的中心原子、鍵結數、孤電子對與形式電荷。

選項分析

(A)

圖示為 $\ce{NH3}$，氮原子與三個氫原子形成三條單鍵，氮上有一對孤電子。

氮的形式電荷：

$$5-\left(2+\frac{6}{2}\right)=0$$

氮具有八隅體，氫各具有二隅體，因此結構正確。

(B)

圖示為 $\ce{F2}$，兩個氟原子以單鍵相連，每個氟原子各有三對孤電子。

每個氟原子周圍共有：

$$6\text{ 個孤電子}+2\text{ 個鍵結電子}=8\text{ 個電子}$$

其形式電荷為：

$$7-\left(6+\frac{2}{2}\right)=0$$

因此此 Lewis 結構正確。

(C)

核心觀念

本題考查 Lewis 結構、價電子總數與形式電荷（formal charge）。

形式電荷公式為：

$$\text{形式電荷} = \text{價電子數} - \left( \text{孤電子數} + \frac{1}{2}\text{成鍵電子數} \right)$$

其中：

• $\ce{N}$ 的價電子數為 $5$
• $\ce{O}$ 的價電子數為 $6$
• $\ce{NO+}$ 因帶有 $+1$ 電荷，總價電子數需扣除 $1$ 顆

解題方法

首先計算 $\ce{NO+}$ 的總價電子數：

$$5+6-1=10\text{ 顆價電子}$$

為使 $\ce{N}$ 與 $\ce{O}$ 均滿足八隅體規則，兩原子之間形成三鍵：

$$\ce{[:N#O:]+}$$

此結構中：

• $\ce{N}$ 有 1 對孤電子，並與 $\ce{O}$ 形成三鍵
• $\ce{O}$ 有 1 對孤電子，並與 $\ce{N}$ 形成三鍵

計算 $\ce{N}$ 的形式電荷：

$$\text{FC}_{\ce{N}} = 5-\left(2+\frac{6}{2}\right)$$ $$\text{FC}_{\ce{N}} = 5-(2+3)=0$$

因此，最佳 Lewis 結構中 $\ce{N}$ 原子的形式電荷為 $0$。

順帶計算 $\ce{O}$：

核心觀念

本題考查「擴大八隅體」（expanded octet）的判斷。

主族元素形成共價化合物時，常以 Lewis 結構判斷中心原子周圍的價電子數：

• 八隅體：中心原子周圍有 8 個價電子。
• 不足八隅體：中心原子周圍少於 8 個價電子。
• 擴大八隅體：中心原子周圍超過 8 個價電子。

能展現擴大八隅體的元素，通常位於第三週期或更高週期。考試上的傳統判斷方式是：第三週期元素開始具有較大的價電子層，可形成超過四對電子的 Lewis 結構。

例如硫可形成：

$$\ce{SF6}$$

在 $\ce{SF6}$ 中，硫原子與 6 個氟原子形成 6 條鍵，因此硫周圍共有：

$$6 \times 2 = 12 \text{ 個鍵結電子}$$

硫原子周圍有 12 個電子，屬於擴大八隅體。

解題方法

逐一判斷各元素所在週期：

• 第二週期元素 $\ce{C}$、$\ce{N}$、$\ce{O}$、$\ce{F}$ 的價電子層不能容納超過 8 個電子，因此不能形成擴大八隅體。
• 第三週期元素開始，部分元素可在 Lewis 結構中呈現超過 8 個電子。
• $\ce{S}$ 位於第三週期，最符合擴大八隅體的條件。

因此選擇 $\ce{S}$。

選項分析

(A) O

氧位於第二週期，價電子組態為：

$$\ce{1s^2 2s^2 2p^4}$$

第二週期元素的最外層為第二電子層，通常遵守八隅體規則，不能在其價層形成超過 8 個電子。

例如水分子：

$$\ce{H2O}$$

氧與兩個氫形成兩條共價鍵，並有兩對孤電子：

$$2 \text{ 對鍵結電子} + 2 \text{ 對孤電子} = 8 \text{ 個電子}$$

氧呈現一般八隅體，不是擴大八隅體，因此錯誤。

(B) S

核心觀念

本題考查路易斯結構、中心原子的孤電子對數目，以及價電子對互斥理論（VSEPR theory）判斷分子幾何形狀。

判斷流程如下：

1. 計算中心原子的價電子數。
2. 畫出路易斯結構，確認中心原子的成鍵電子對與孤電子對。
3. 依據 VSEPR 理論判斷分子形狀。

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解題方法

1. 判定中心原子

$\ce{SCl2}$ 中，氯通常形成一條單鍵，因此硫為中心原子，結構可寫成：

$$\ce{Cl-S-Cl}$$

2. 計算硫周圍的價電子

硫 $\ce{S}$ 位於第 16 族，具有 $6$ 個價電子。

硫與兩個氯原子各形成一條單鍵，因此硫使用：

$$2 \text{ 個價電子}$$

硫剩餘的價電子數為：

$$6-2=4$$

這 $4$ 個電子形成兩對孤電子對：

$$\frac{4}{2}=2 \text{ 對孤電子對}$$

因此，中心硫原子周圍共有：

• $2$ 對鍵結電子對
• $2$ 對孤電子對

其 VSEPR 型式為：

$$\ce{AX2E2}$$

其中：

• $\ce{A}$：中心原子硫
• $\ce{X2}$：與兩個氯原子形成鍵結
• $\ce{E2}$：中心硫具有兩對孤電子對

3. 判定分子幾何形狀

$\ce{AX2E2}$ 具有 $4$ 個電子域，因此電子域幾何為四面體形。

不過，分子幾何只考慮原子的位置，不將孤電子對視為分子形狀的原子。因此，$\ce{SCl2}$ 的兩個 $\ce{S-Cl}$ 鍵會呈彎曲排列，分子幾何為彎曲形（bent）。

孤電子對的排斥力大於鍵結電子對，會使 $\ce{Cl-S-Cl}$ 鍵角小於理想四面體角 $109.5^\circ$。

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選項分析

(A) $0$ lone pairs, linear

核心觀念

本題考查價層電子對互斥理論（VSEPR theory, Valence Shell Electron Pair Repulsion theory）。其基本原則是：中心原子周圍的電子域會彼此排斥，並排列成能使排斥作用最小的幾何形狀。

判斷分子形狀時，需計算中心原子周圍的電子域，包括：

• 成鍵電子對
• 孤電子對
• 多重鍵視為一個電子域

$\ce{BF3}$ 中的中心原子為硼（B）。

解題方法

先計算價電子數：

• B 提供 $3$ 個價電子
• 每個 F 提供 $7$ 個價電子，共 $3 \times 7=21$ 個

因此，$\ce{BF3}$ 總價電子數為：

$$3+21=24\text{ 個價電子}$$

硼原子分別與三個氟原子形成三條 $\ce{B-F}$ 單鍵：

$$\ce{BF3}$$

三條鍵共使用 $6$ 個電子。每個 F 以三對孤電子補足八隅體，共使用 $18$ 個電子，總計 $24$ 個電子。

此時中心硼原子周圍有：

• $3$ 個成鍵電子域
• $0$ 個孤電子對

因此其 VSEPR 型式為：

$$\ce{AX3}$$

其中 $A$ 代表中心原子，$X_3$ 代表連接三個周邊原子，中心原子沒有孤電子對。三個電子域會在同一平面上彼此相隔最遠，鍵角約為：

$$120^\circ$$

所以 $\ce{BF3}$ 的電子域幾何與分子幾何均為三角平面形（trigonal planar）。

選項分析

核心觀念

本題考查價層電子對互斥理論（VSEPR theory）。判斷分子幾何形狀時，依中心原子周圍的電子域數目與孤電子對數目決定：

• 每一個單鍵、雙鍵、三鍵皆視為一個電子域。
• 孤電子對也算一個電子域。
• 電子域會盡量分離，以降低彼此排斥。
• 分子幾何形狀只描述原子位置，不包含孤電子對。

常見電子域排列如下：

中心原子周圍電子域	分子型式	幾何形狀
4 個成鍵電子對、0 個孤電子對	$\ce{AX4}$	四面體
3 個成鍵電子對、0 個孤電子對	$\ce{AX3}$	三角平面
5 個成鍵電子對、0 個孤電子對	$\ce{AX5}$	三角雙錐
4 個成鍵電子對、2 個孤電子對	$\ce{AX4E2}$	正方平面

解題方法

逐一找出中心原子，畫出其 Lewis 結構，計算中心原子周圍的成鍵電子對與孤電子對，再依 VSEPR 理論判斷分子幾何形狀。

題目要找的是「四面體幾何」，其典型型式為：

$$\ce{AX4}$$

也就是中心原子與四個周圍原子形成四個鍵，中心原子沒有孤電子對。

選項分析

(A) $\ce{XeF4}$

中心原子為 $\ce{Xe}$。氙原子與四個氟原子形成四個 $\ce{Xe-F}$ 鍵，且 $\ce{Xe}$ 上仍有兩對孤電子對。

因此中心原子周圍共有：

• 4 個成鍵電子域
• 2 個孤電子域

其 VSEPR 型式為：

$$\ce{AX4E2}$$

六個電子域的電子域幾何為八面體；兩對孤電子對位於相對位置後，四個氟原子呈正方形排列。因此分子幾何為正方平面，不是四面體。

(B) $\ce{BF3}$

核心觀念

本題考查分子的**偶極矩（dipole moment）**與分子幾何形狀。

鍵偶極矩源自兩個原子電負度不同，使鍵結電子偏向電負度較大的原子。分子總偶極矩是所有鍵偶極矩的向量總和：

$$\vec{\mu}_{\text{分子}}=\sum \vec{\mu}_{\text{鍵}}$$

判斷分子是否具有非零偶極矩，必須同時考慮：

1. 鍵結兩端原子的電負度是否不同。
2. 分子形狀是否具有對稱性，使各鍵偶極矩彼此抵消。

若鍵偶極矩完全抵消，則 $\mu=0$，分子為非極性分子；若無法完全抵消，則 $\mu\ne 0$，分子為極性分子。

解題方法

逐一判斷各分子的：

• Lewis 結構與分子幾何形狀。
• 各鍵是否具有鍵偶極矩。
• 鍵偶極矩的向量是否完全抵消。

其中，線型且兩端相同的分子，以及平面對稱的三角平面分子，常因高度對稱而使偶極矩抵消。

選項分析

(A) $\ce{BeCl2}$

$\ce{BeCl2}$ 的 Lewis 結構為：

$$\ce{Cl-Be-Cl}$$

中心原子 $\ce{Be}$ 周圍有兩個鍵結電子區，沒有孤電子對，因此依 VSEPR 理論，分子呈線型，鍵角為 $180^\circ$。

由於 $\ce{Cl}$ 的電負度大於 $\ce{Be}$，每一條 $\ce{Be-Cl}$ 鍵都有鍵偶極矩，方向均由 $\ce{Be}$ 指向 $\ce{Cl}$：

$$\ce{Cl \leftarrow Be \rightarrow Cl}$$

兩個大小相近、方向相反的鍵偶極矩互相抵消：

$$\vec{\mu}_{\ce{Be-Cl}}+\vec{\mu}_{\ce{Be-Cl}}=0$$

因此：

$$\mu_{\ce{BeCl2}}=0$$

所以 $\ce{BeCl2}$ 不符合題意。

(B) $\ce{Br2}$

$\ce{Br2}$ 是由兩個相同的溴原子形成的同核雙原子分子。兩個原子的電負度完全相同，鍵結電子平均分布，不產生鍵偶極矩：

$$\mu_{\ce{Br-Br}}=0$$

核心觀念

本題考查「分子極性」與「分子形狀」的判斷。

分子是否為極性分子，不能只看鍵是否為極性鍵，還必須考慮各鍵偶極矩的向量總和：

• 若各鍵偶極矩完全抵消，分子為非極性分子。
• 若各鍵偶極矩無法完全抵消，分子具有淨偶極矩，為極性分子。

判斷流程如下：

1. 由中心原子的價電子數與成鍵數判斷孤電子對數。
2. 利用 VSEPR 理論判斷分子幾何形狀。
3. 判斷鍵偶極矩是否因對稱性而抵消。

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解題方法

逐一判斷各選項的 Lewis 結構、分子形狀與偶極矩：

分子	VSEPR 類型	分子形狀	偶極矩
$\ce{PBr5}$	$\ce{AX5}$	三角雙錐形	抵消
$\ce{CCl4}$	$\ce{AX4}$	正四面體形	抵消
$\ce{BrF5}$	$\ce{AX5E}$	四方錐形	無法抵消
$\ce{XeF2}$	$\ce{AX2E3}$	直線形	抵消

因此，唯一具有淨偶極矩的分子為 $\ce{BrF5}$。

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選項分析

（A）$\ce{PBr5}$

磷原子為中心原子，與五個溴原子形成五個 $\ce{P-Br}$ 鍵，中心原子沒有孤電子對：

$$\ce{PBr5}: \quad \ce{AX5}$$

其分子形狀為三角雙錐形：

• 兩個軸向 $\ce{P-Br}$ 鍵彼此呈 $180^\circ$，偶極矩互相抵消。
• 三個赤道面 $\ce{P-Br}$ 鍵位於同一平面，彼此夾角為 $120^\circ$，三個偶極矩的向量和為零。

因此：

$$\vec{\mu}_{\text{total}}=0$$

$\ce{PBr5}$ 為非極性分子，故（A）錯誤。

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（B）$\ce{CCl4}$

碳原子與四個氯原子形成四個 $\ce{C-Cl}$ 鍵，中心原子沒有孤電子對：

$$\ce{CCl4}: \quad \ce{AX4}$$

其分子形狀為正四面體形。四個 $\ce{C-Cl}$ 鍵雖然都是極性鍵，但在高度對稱的正四面體排列中，四個鍵偶極矩完全抵消：

$$\vec{\mu}_{\text{total}}=0$$

核心觀念

本題考查分子間作用力的種類與強弱判斷。$\ce{NH2CH3}$ 即甲胺 $\ce{CH3NH2}$，分子中含有：

• $\ce{N-H}$ 鍵：可提供氫鍵中的氫原子。
• 氮原子的孤電子對：可接受氫鍵。
• 極性的 $\ce{C-N}$ 與 $\ce{N-H}$ 鍵：使分子具有永久偶極。
• 電子雲：所有分子皆具有色散力。

氫鍵通常定義為：氫原子共價鍵結於高電負度原子 $\ce{N}$、$\ce{O}$ 或 $\ce{F}$，並與另一分子的孤電子對產生強烈吸引。

甲胺分子可形成如下氫鍵：

$$\ce{N-H \cdots N}$$

其中，$\ce{N-H}$ 中的氫為氫鍵供體，另一個甲胺分子中氮原子的孤電子對為氫鍵受體。

解題方法

判斷分子間作用力時，可依下列順序：

1. 所有分子皆有 dispersion force（色散力）。
2. 若分子具有永久偶極，則有 dipole-dipole force（偶極－偶極力）。
3. 若分子含有 $\ce{N-H}$、$\ce{O-H}$ 或 $\ce{F-H}$，且鄰近分子具有孤電子對，則可形成 hydrogen bonding（氫鍵）。
4. 若系統中存在離子與極性分子，才有 ion-dipole force（離子－偶極力）。

$\ce{NH2CH3}$ 含有 $\ce{N-H}$ 鍵，且氮原子具有孤電子對，因此分子間可形成氫鍵。氫鍵的強度高於一般偶極－偶極力與色散力；題目問「最強的分子間作用力」，故選氫鍵。

選項分析

(A) dispersion

正確描述甲胺具有此作用力，但不是最強作用力。

色散力源自電子瞬間分布不均所造成的瞬時偶極，進而誘導鄰近分子產生偶極。此作用力存在於所有原子與分子之間，包括 $\ce{NH2CH3}$。

然而，甲胺還能形成氫鍵，因此色散力不是本題所問的最強作用力。

(B) dipole-dipole