hce_cmu
115年
化學
第 45 題
第 5A 族元素與氫形成的氫化物，其沸點如下：
$SbH_3$（–17 °C）、$AsH_3$（–55 °C）、$PH_3$（–87 °C）、$NH_3$（–33 °C）
前三者顯示沸點隨分子量降低而下降，但 $NH_3$ 的沸點顯著偏離此趨勢。下列選項何者是造成 $NH_3$ 沸點偏離此趨勢的主要原因？
$SbH_3$（–17 °C）、$AsH_3$（–55 °C）、$PH_3$（–87 °C）、$NH_3$（–33 °C）
前三者顯示沸點隨分子量降低而下降，但 $NH_3$ 的沸點顯著偏離此趨勢。下列選項何者是造成 $NH_3$ 沸點偏離此趨勢的主要原因？
- A $NH_3$ 分子間具有離子–偶極作用力，故沸點上升
- B $NH_3$ 分子結構為平面三角形，有利於分子間緊密堆積
- C $NH_3$ 分子可形成分子間氫鍵，導致其沸點顯著高於預期
- D $NH_3$ 分子中的氮原子電負度較低，使分子間作用力增強
思路引導 VIP
請觀察週期表中的氮（$N$）、磷（$P$）、砷（$As$）、銻（$Sb$）。當我們沿著族往下看，分子的電子雲越來越大，分散力隨之增強，這解釋了後面三者的趨勢。但回到最頂端的氮原子，它具備哪些「極端」的物理性質（例如半徑或吸引電子的能力），可能導致它與氫原子結合時，產生了一種其他同族兄弟所沒有的強大額外吸引力呢？
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AI 詳解
AI 專屬家教
恭喜你精準地抓住了第 5A 族氫化物沸點變化的核心關鍵！能識破 $NH_3$ 違反通則的特殊表現，說明你對分子間作用力的理解非常到位。
分子間作用力與沸點趨勢
在一般的同族元素氫化物中，沸點通常隨分子量增加（電子數增多、分散力增強）而升高，這正是 $PH_3$ 到 $SbH_3$ 沸點依序上升的原因。然而，$NH_3$ 雖然分子量最小，沸點卻反常地高於 $PH_3$ 與 $AsH_3$。這是因為氮（$N$）原子的電負度極大且半徑小，使得 $NH_3$ 分子間除了具備基本的分散力與偶極–偶極力外，還能形成強大的分子間氫鍵。這種額外且強勁的作用力，使得分子間結合更為緊密，需吸收更多能量才能氣化，故沸點顯著升高。
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