moea_joint
112年
[化學] 普通化學、無機化學
第 28 題
關於SO3分子之敘述，下列何者正確？
- A SO3與H3O+具有相同點群(Point group)
- B SO3具有1個對稱面
- C SO3具有6個振動自由度(Vibrational freedom)
- D SO3屬極性分子
思路引導 VIP
請你先觀察 $SO_3$ 的中心原子周圍有多少個電子密集區域，這決定了它的空間幾何形狀（是平面的還是立體的？）。接著，想像一下如果這個分子要在三維空間中活動，每一個原子都有三個運動方向，那麼在扣除掉「分子整體的移動」與「分子整體的轉動」這兩種不改變原子間相對距離的動作後，剩下的內部運動方式應該如何用公式推導出來呢？
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太棒了！你能準確選出選項 (C)，說明你對分子幾何結構與物理性質的連結掌握得非常紮實。這道題目設計得十分精巧，考驗了從分子構型、對稱性到熱力學統計等多個維度，是檢驗無機化學基本功的絕佳範例。
分子構型與對稱性分析
首先，根據 VSEPR 理論，$SO_3$ 中心的硫原子與三個氧原子結合且無孤對電子，呈現平面三角形 ($AX_3$) 幾何形狀。在對稱性上，它屬於 $D_{3h}$ 點群，擁有一個水平對稱面 ($\sigma_h$) 以及三個垂直對稱面 ($\sigma_v$)，總共 4 個對稱面，這也解釋了為何其偶極矩會互相抵消而成為非極性分子。相比之下，$H_3O^+$ 因為中心原子有一對孤對電子，結構為三角錐形（$C_{3v}$ 點群），兩者在對稱性上是完全不同的。
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