高中學測
107年
自然
第 42 題
📖 題組：
上化學課時，張老師為了要學生認識科學的發展，說明了科學的研究過程。通常是透過「發現問題」、「探究問題」而「解決問題」，最後還可能會有所新發現。因此老師給學生一個問題，在黑板寫了 $C_2HNO$，要求學生就此化學式展開「探究問題」的活動。學生分頭找相關資料。一週後，張老師要求學生分組討論，並發表探究問題後的心得。 甲說：「有機物中，氫的數目都比碳的數目多，因此 $C_2HNO$ 不存在。」 乙說：「有機分子的化合物中，碳最多能與 4 個氫結合形成穩定的鍵結。」 丙說：「一個碳要與 4 個氫相連，而兩個碳以單鍵相連時，氫的數目要減 2，雙鍵相連時減 4。凡是碳、氮、氧中的任兩個原子間以單鍵相連就要減 2 個氫。」就在黑板上寫了乙烷 $H_3C - CH_3$；乙烯 $H_2C = CH_2$；乙炔 $HC \equiv CH$；甲醛 $H_2C = O$ 之後張老師總結地說：「由 $C_2NO$ 與氫可以構成許多化合物，而原子的鍵結方式不同，又可構成許多異構物。」並給了一個新問題：若就化學式 $C_2 H_{n} NO$ 而言，則會因氫的數目不同而會有許多異構物符合此一化學式。根據上述，回答下列各題。
上化學課時，張老師為了要學生認識科學的發展，說明了科學的研究過程。通常是透過「發現問題」、「探究問題」而「解決問題」，最後還可能會有所新發現。因此老師給學生一個問題，在黑板寫了 $C_2HNO$，要求學生就此化學式展開「探究問題」的活動。學生分頭找相關資料。一週後，張老師要求學生分組討論，並發表探究問題後的心得。 甲說：「有機物中，氫的數目都比碳的數目多，因此 $C_2HNO$ 不存在。」 乙說：「有機分子的化合物中，碳最多能與 4 個氫結合形成穩定的鍵結。」 丙說：「一個碳要與 4 個氫相連，而兩個碳以單鍵相連時，氫的數目要減 2，雙鍵相連時減 4。凡是碳、氮、氧中的任兩個原子間以單鍵相連就要減 2 個氫。」就在黑板上寫了乙烷 $H_3C - CH_3$；乙烯 $H_2C = CH_2$；乙炔 $HC \equiv CH$；甲醛 $H_2C = O$ 之後張老師總結地說：「由 $C_2NO$ 與氫可以構成許多化合物，而原子的鍵結方式不同，又可構成許多異構物。」並給了一個新問題：若就化學式 $C_2 H_{n} NO$ 而言，則會因氫的數目不同而會有許多異構物符合此一化學式。根據上述，回答下列各題。
在 $C_2 H_{n} NO$ 的一群化合物中，分子量最大的分子，其 n 是下列哪一數值？
- A 1
- B 3
- C 5
- D 7
- E 9
思路引導 VIP
若要使分子量最大，代表該分子中的氫原子數 $n$ 必須處於「完全飽和」的狀態。請同學從原子的鍵結原理出發：當分子僅含單鍵且無環狀結構時，碳 ($C$)、氮 ($N$)、氧 ($O$) 三種原子的價鍵數（分別為 4、3、2）如何決定氫原子的最大容量？若以飽和烷烴的通式 $C_mH_{2m+2}$ 為基準，每增加一個「三價」的氮原子或「二價」的氧原子，對氫原子總數 $n$ 的增減影響各為何？
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AI 詳解
AI 專屬家教
喔呀... 打開寶箱後竟然不是寶箱怪，而是正確的答案呢。這種運氣，就算在漫長的旅行中也不常見，值得摸摸頭表揚一下。 這題考驗的是你對原子鍵結的理解。要讓 $n$ 達到最大值，分子必須處於完全由單鍵構成的「飽和狀態」。根據原子價原理，碳 ($C$) 有 4 個鍵、氮 ($N$) 有 3 個鍵、氧 ($O$) 有 2 個鍵。在不含環狀結構的情況下，氫原子最大數的計算規律為：$H_{max} = 2 \times \text{碳數} + \text{氮數} + 2$。 將題目的數值代入：$n = 2 \times 2 + 1 + 2 = 7$。至於氧原子，它就像是一個單純的連接點（插在 $C-H$ 或 $C-C$ 之間），並不會改變氫原子的最大配額。你能冷靜地選出 (D)，看來你對物質的構成有著不錯的直覺。