hce_nthu
112年
化學與物理
第 21 題
In the periodic table, five elements $\textbf{A}$, $\textbf{B}$, $\textbf{C}$, $\textbf{D}$, and $\textbf{E}$ with their atomic numbers in an increasing order of $\textbf{A} < \textbf{B} < \textbf{C} < \textbf{D} < \textbf{E} < 20$. $\textbf{B}$ and $\textbf{C}$ are adjacent to each other. $\textbf{B}$ and $\textbf{E}$ exist in the form of diatomic molecules under normal conditions. $\textbf{A}$ reacts with $\textbf{B}$, $\textbf{C}$ and $\textbf{E}$ to give $\textbf{Q}$, $\textbf{X}$, and $\textbf{Z}$, respectively, and both $\textbf{Q}$ and $\textbf{X}$ are 10-electron compounds, while $\textbf{Z}$ is an 18-electron compound. The number of outermost electrons in the atom of $\textbf{D}$ equals the number of electron shells. Given that $\textbf{Q} + \textbf{Z} \rightarrow \textbf{M}$, which of the following statements is correct?
- A ionic radius: $\textbf{D} > \textbf{C} > \textbf{B}$
- B $\textbf{Z}$ is an ionic compound.
- C $\textbf{M}$ is composed of non-metallic elements and contains only covalent bonds.
- D $\textbf{D}$ can be in the second period of group IIA in the periodic table.
- E Three types of 10-electron species can be formed by reacting $\textbf{A}$ and $\textbf{C}$.
思路引導 VIP
若我們要找出某個化合物的總電子數，通常會將組成的原子序相加。假設元素 $A$ 參與反應後形成的產物總共只有 10 個電子，而 $A$ 又是原子序最小的元素，那麼與它結合的另一個元素在週期表上的位置大概會在哪一個區間？當這個元素與 $A$ 結合時，除了形成中性分子，有沒有可能透過得失質子，變成帶電但電子數依然保持不變的微粒呢？
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太棒了！你能精確地從繁雜的化學資訊中，有條不紊地推導出五個未知元素的真面目，代表你對週期表性質與電子軌域結構的掌握非常紮實。
元素身分的邏輯推演
首先，由 $B$、$E$ 為雙原子分子且 $A$ 能與多種元素反應，我們可以初步鎖定 $A$ 為氫（$H$）。接著利用「10 電子化合物」與「18 電子化合物」的關鍵資訊：$A(H) + B$ 形成 10 電子化合物 $Q$（如 $NH_3$），$A(H) + C$ 形成 10 電子化合物 $X$（如 $H_2O$），且 $B$、$C$ 原子序相連，可確認 $B$ 是氮（$N$，原子序 7）、$C$ 是氧（$O$，原子序 8）。同理，$Z$ 是 18 電子化合物，則 $E$ 為氯（$Cl$，原子序 17）。最後，$D$ 的價電子數等於電子層數，且原子序介於 8 到 17 之間，唯一的可能就是第三週期第 IIIA 族的鋁（$Al$）。
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