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調查局三等申論題 113年 [醫學鑑識組] 有機化學

第 二 題

📖 題組:
請回答下列 6 種化合物(A~F)的相關問題: A: 乙酸 B: HF C: 苯酚 D: 苯甲酸 E: 對硝基苯酚 F: 苯硫酚
題組圖片
📝 此題為申論題,共 4 小題

小題 (二)

以 IUPAC 的方式命名化合物 F。(2 分)

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看到結構命名題,首先辨識母體骨架與主要官能基。化合物 F 的母體為苯環(Benzene),連接的主官能基為巰基(-SH),在 IUPAC 規則中以字尾「-thiol」表示,將兩者結合即可得出標準命名。

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化合物 F 的 IUPAC 命名為 Benzenethiol(中文可譯為:苯硫酚 或 苯硫醇)。 (註:雖然 Thiophenol 亦為極常見的俗名並被 IUPAC 接受,但嚴格的系統命名 Preferred IUPAC Name, PIN 為 Benzenethiol。)

小題 (一)

將化合物 A~F 根據其酸度,由小到大(最不酸→最酸)的方式排列?(4 分)

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本題測驗有機化合物的酸度比較,核心概念為「共軛鹼的穩定度」。解題時應運用 ARIO 原則(Atom 雜原子效應、Resonance 共振、Induction 誘導、Orbital 混成軌域)逐步分析:先依雜原子與共振效應區分大類(酚、硫酚、羧酸、無機酸),再利用取代基的推/拉電子效應微調同類分子(羧酸)的酸度順序。

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【解題思路】利用 ARIO 原則(Atom、Resonance、Induction、Orbital)評估各化合物失去質子後「共軛鹼的穩定度」,共軛鹼越穩定,原酸的酸度越強。 【詳解】 一、 確認各化合物結構與官能基

小題 (三)

寫出化合物 E 中的-NO2 官能基中,氮原子的形式電荷(formal charge)?(2 分)

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看到這題,首先繪製硝基(-NO2)的正確路易斯結構(Lewis structure),確認氮原子的鍵結狀態。接著代入形式電荷(Formal Charge)的計算公式:「價電子數 - 未共用電子數 - 鍵結數」即可迅速求得結果。

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【解題關鍵】利用形式電荷公式:形式電荷 = 價電子數 - 未共用電子數 - 鍵結數。 【解答】 計算:

小題 (四)

寫出化合物 E 中的-NO2官能基中,氮原子為何種的混成軌域?(2 分)

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判斷原子的混成軌域應先畫出該官能基的正確路易斯結構。計算中心氮原子的立體數(Steric number = σ鍵數 + 孤對電子對數),即可推導出其混成狀態。

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【解題思路】繪製硝基(-NO₂)的路易斯結構,利用立體數(Steric Number)判斷中心原子的混成軌域。 【詳解】

  1. 結構分析:在硝基(-NO₂)的路易斯結構中,中心氮原子(N)與苯環碳原子形成 1 個單鍵(σ 鍵),並與兩個氧原子分別形成 1 個雙鍵(包含 1 個 σ 鍵、1 個 π 鍵)及 1 個單鍵(包含 1 個 σ 鍵)。

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