高中學測
107年
自然
第 43 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，分子量最小的分子，其 n 是下列哪一數值？
- A 1
- B 3
- C 5
- D 7
- E 9
思路引導 VIP
請運用各原子的成鍵數（碳為 $4$ 鍵、氮為 $3$ 鍵、氧為 $2$ 鍵、氫為 $1$ 鍵）來思考：在一個穩定的電中性分子中，所有「奇數價」原子（在此為氮與氫）的總數必須符合什麼樣的奇偶規律？當化學式 $C_2H_nNO$ 中含有奇數個（$1$ 個）氮原子時，氫原子數 $n$ 必須為奇數還是偶數？這能如何幫你判斷出 $n$ 的最小可能數值？
🤖
AI 詳解
AI 專屬家教
同學你好！別灰心，這題考驗的是對「原子價數」與「飽和度」的基礎觀念，我們一起來釐清。 迷思破解 (D)： 你選擇了 $n=7$，這其實是 $C_2H_nNO$ 處於「飽和狀態」時氫原子的最大值（根據公式：$H$ 數 $= 2 imes 碳數 + 2 + 氮數 = 2 imes 2 + 2 + 1 = 7$）。但題目要求的是「分子量最小」，這意味著氫原子的數量 $n$ 必須取最小值。
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有機分子鍵結原理
💡 利用原子價（鍵結數）判斷分子式的合理性與氫原子數。
- 碳有 4 鍵、氮有 3 鍵、氧有 2 鍵、氫有 1 鍵
- 含氮有機物中，氫原子與氮原子的總數必為偶數
- 形成多重鍵（雙鍵、三鍵）或環狀結構會減少氫原子數
- 氫原子數需滿足 $n \le 2 \times C + N + 2$ 的限制
