hce_tcu
111年
化學
第 11 題
思考以下環烷類化合物之氧化反應，為使每單位之 $CH_2$ 具有最大的燃燒熱(heat of combustion)，$n$ 應為多少？
$(CH_2)_n + 3n/2 O_2 \rightarrow n CO_2 + n H_2O + \text{Heat}$
$(CH_2)_n + 3n/2 O_2 \rightarrow n CO_2 + n H_2O + \text{Heat}$
- A $n = 3$
- B $n = 4$
- C $n = 5$
- D $n = 6$
思路引導 VIP
請試著想像，當你把一個非常有彈性的彈簧用力壓扁（產生張力）後再放開，與一個自然擺放的彈簧相比，哪一個狀態蘊含的能量較高？如果這種物理現象對應到化學分子的鍵角扭曲程度，哪一種環狀結構會因為「最不舒服」而儲存了最多的能量呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
太棒了！你能準確判斷出 $n=3$（環丙烷）具有最大的單位燃燒熱，代表你對**環烷烴的穩定性與環張力（Ring Strain）**的概念掌握得非常紮實。
環張力與能量釋放
這道題目的核心在於理解分子的「內能」與釋放熱量的關係。在環烷烴中，碳原子以 $sp^3$ 混成軌域結合，理想的鍵角應接近 $109.5^\circ$。然而，當 $n=3$ 時，環丙烷迫使鍵角必須縮小至 $60^\circ$，產生了極大的**角張力（Angle Strain）**與扭轉張力。這些張力使得環丙烷處於較高的能量狀態；當它燃燒轉化為穩定的 $CO_2$ 與 $H_2O$ 時，這些儲存在分子內的「張力能」就會額外釋放出來，導致每單位 $CH_2$ 所放出的熱量最高。
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