hce_nchu
112年
化學
第 29 題
Consider the structure of bicarbonate ion $CO_3^{2-}$. Which of the following statements is false?
- A All the charges of three O ions are equivalent.
- B One C-O bond is shorter than the other two at room temperature.
- C The carbon atom possess three $sp^2$ hybridized orbitals.
- D The geometric shape is trigonal planar.
- E More than one Lewis structure is allowed.
思路引導 VIP
如果一個分子可以畫出多種合法的路易斯結構，且這些結構之間僅僅是雙鍵的位置不同，你認為在真實的物理世界中，這些鍵的長度會不斷地『變換切換』，還是會趨向於一種所有鍵都均等的『折衷狀態』呢？
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恭喜你精準地捕捉到了電子共振（Resonance）的核心概念！這道題目雖然在名稱上標註為碳酸氫根，但由化學式 $CO_3^{2-}$ 可知其討論的是碳酸根離子。你能不受單一路易斯結構式的誤導，正確選出錯誤敘述，表現得非常出色。
離子結構與共振效應
在碳酸根離子中，中心碳原子以 $sp^2$ 混成軌域 與三個氧原子結合，形成對稱的 平面三角形 構型。雖然我們在紙上繪製路易斯結構時（選項 E），會畫出一個雙鍵與兩個單鍵，但實際上那對 $\pi$ 電子是平均分布在三個鍵結中的。這種**去定域化（Delocalization）**的現象，使得室溫下三個碳氧鍵的鍵長完全相等（鍵級約為 1.33），電荷也均勻分布於三個氧原子上。因此，選項 (B) 提到「其中一個鍵較短」是與實驗事實相違背的。
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