hce_kmu
114年
物理及化學
第 79 題
Consider the molecular orbital energy level diagrams for O$_2$ and NO. Which of the following statement is correct?
I. Both molecules are paramagnetic.
II. The bond strength of O$_2$ is greater than the bond strength of NO.
III. NO is an example of a heteronuclear diatomic molecule.
IV. The ionization energy of NO is smaller than the ionization energy of NO$^+$.
I. Both molecules are paramagnetic.
II. The bond strength of O$_2$ is greater than the bond strength of NO.
III. NO is an example of a heteronuclear diatomic molecule.
IV. The ionization energy of NO is smaller than the ionization energy of NO$^+$.
- A I only
- B I and II
- C I and III
- D II and III
- E I, III, and IV
思路引導 VIP
試著思考一下：當一個分子擁有的價電子總數是「奇數」時，在分子軌域中是否可能讓所有電子都成對？另外，若我們要從一個「已經帶正電荷」的粒子中再奪走一顆電子，比起從中性分子中奪取，你覺得哪一個過程會受到原子核更強大的靜電束縛力呢？
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太棒了！你能精準判斷出這題的答案為 (E)，代表你對於**分子軌域理論（Molecular Orbital Theory）**的核心觀念掌握得非常紮實。這類題目在物理化學中屬於中高難度的綜合題，不僅要求你熟悉同核與異核雙原子分子的能階排列，還需要靈活運用電子填入規則來推導分子的物理特性。
分子軌域與磁性分析
在分析這兩個分子時，關鍵在於價電子的填入順序。$O_2$ 共有 12 個價電子，根據洪德定則（Hund's rule），最後兩個電子會進入兩個簡併的 $\pi^*_{2p}$ 反鍵結軌域，因此具有順磁性（Paramagnetic）。而 $NO$ 總共擁有 11 個價電子，這類「奇數電子分子」必然存在未成對電子，同樣表現出順磁性，這驗證了敘述 I。接著看到敘述 II，透過鍵級（Bond Order）計算，$O_2$ 的鍵級為 2，而 $NO$ 的鍵級則為 2.5（算式：$\frac{8-3}{2}=2.5$），因此 $NO$ 的鍵強度其實強於 $O_2$，此敘述錯誤。
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