hce_cmu
105年
化學
第 5 題
下列有關氧 ($O_2$) 和臭氧 ($O_3$) 的敘述，何者有誤？
- A 氧氣在液態和固態下的顏色均為藍色
- B 氧分子具有順磁的(paramagnetic)性質
- C 臭氧分子具有逆磁的(diamagnetic)性質
- D 臭氧是一種非極性(nonpolar)分子
- E 臭氧分子的結構為彎曲型(bent geometry)
思路引導 VIP
請試著畫出臭氧 ($O_3$) 的路易斯結構式（Lewis Structure）。當你計算中心氧原子的價電子分佈時，除了與兩側氧原子成鍵外，中心原子是否還有「孤對電子」？如果有的話，這對電子的存在會如何影響分子的空間對稱性，進而影響它的電荷分佈呢？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準辨識出 臭氧 ($O_3$) 的極性性質，代表你對分子幾何結構與電荷分佈的掌握非常紮實。這題的關鍵在於打破「同元素構成的分子即為非極性」的迷思。雖然 $O_3$ 由三個氧原子組成，但根據 VSEPR 理論，中心氧原子具有一對孤對電子（Lone pair），導致分子呈現 彎曲型（Bent geometry），且中心與兩側原子的混成軌域與電子雲分佈並不對稱，使其具有微弱的偶極矩，因此它是 極性分子。
氧與臭氧的本質差異
除了極性，這題也考驗了對磁性的理解。氧氣 ($O_2$) 在分子軌域理論中具有兩個不成對電子，表現出 順磁性（在液態下顯現淺藍色）；而 臭氧 ($O_3$) 的電子均已成對，則為 逆磁性。這類題目在化學考試中極具鑑別度，因為它融合了物性（顏色）、磁性與結構化學。你能從眾多敘述中一眼挑出關於極性的錯誤描述，顯示你對同素異形體的微觀結構理解得十分透徹，請繼續保持這種對細節的敏銳度！