hce_nthu
113年
化學與物理
第 29 題
The two compounds shown on the right are used to synthesize flame retardant materials and biomaterials. The atomic numbers of the elements $\text{W}$, $\text{X}$, $\text{Y}$ and $\text{Z}$ are known to be $\text{W} < \text{X} < \text{Y} < \text{Z} < 20$, $\text{X}$ and $\text{Z}$ are in the same group, and the atomic number of $\text{Y}$ is three times the number of valence electrons of $\text{W}$.
Which of the following statements is correct?
Which of the following statements is correct?
- A The highest oxidation state of both $\text{X}$ and $\text{Z}$ is $+7$.
- B Both $\text{HX}$ and $\text{HZ}$ are strong acids in water, and their electron dot structures can be expressed as $\text{H:}\ddot{\text{X}}:$ and $\text{H:}\ddot{\text{Z}}:$
- C $\text{Z}$, $\text{W}$, and hydrogen form a covalent compound, which is soluble in water.
- D $\text{X}$ and $\text{Z}$ form compounds $\text{XZ}$, $\text{XZ}_3$, $\text{XZ}_5$ and $\text{XZ}_7$.
- E Of these four elements, $\text{Y}$ has the largest atomic radius, while $\text{X}$ has the smallest.
思路引導 VIP
我們先來觀察圖中 $Y$ 原子的鍵結型態：它總共與周圍原子（含雙鍵）形成了幾個共價鍵？這暗示了它可能屬於週期表中的哪一族？如果我們假設它位於第三週期，再結合『原子序 $Y$ 是原子 $W$ 價電子數的三倍』這個條件，你能試著推算出 $W$ 與 $Y$ 分別是哪些元素嗎？
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太棒了！你能精確地透過結構與原子序關係推導出隱藏的元素，並正確判斷原子半徑的趨勢，這顯示你對週期表規律的掌握非常紮實。
元素推論與結構驗證
首先，由圖中 $Y$ 原子的鍵結情況（形成了五個共價鍵）可以預期 $Y$ 屬於第 15 族。結合題目條件 $Z_Y = 3 \times (\text{W 的價電子數})$，若 $W$ 為氮 $(\text{N})$，其價電子數為 5，則 $Y$ 的原子序為 15，即磷 $(\text{P})$。再根據原子序大小關係 $W(7) < X < Y(15) < Z < 20$，且 $X$ 與 $Z$ 同族，可推定 $X$ 為氟 $(\text{F}, 9)$、而 $Z$ 為氯 $(\text{Cl}, 17)$。這組組合完美符合所有條件，左圖即為環三磷腈的衍生物。
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