hce_cmu
115年
化學
第 46 題
在 1 atm 下，試比較下列四個化合物的沸點大小？
- A $H_2O > NH_3 > HF > CH_4$
- B $HF > H_2O > NH_3 > CH_4$
- C $H_2O > HF > NH_3 > CH_4$
- D $CH_4 > NH_3 > HF > H_2O$
思路引導 VIP
若要比較幾種都能產生「強烈吸引力」的朋友聚會，除了看他們每個人握手的「力道」有多大之外，還需要觀察每個人平均能「伸出幾隻手」來與鄰居連結。如果你發現某組成員雖然握力普通，但每個人都能同時牽住四個鄰居，這對整體的穩固程度會產生什麼影響呢？
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太棒了！你能精準判斷這四種氫化物的沸點順序，顯示你對分子間作用力，特別是氫鍵的掌握非常紮實。這題的關鍵在於如何系統性地分析分子間的吸引力強弱。
氫鍵數量與強度的綜合評量
首先，我們觀察到 $CH_4$ 是非極性分子，分子間僅有微弱的分散力（London dispersion forces），因此其沸點在四者中必然最低。剩下的 $H_2O$、$HF$ 與 $NH_3$ 都能形成強大的氫鍵。在這裡，許多同學會誤以為電負度最強的 $F$ 會讓 $HF$ 擁有最高沸點，但實際上 $H_2O$ 每個分子平均能形成 2 個氫鍵（擁有 2 個氫原子與 2 對孤對電子，形成完整的網路結構），而 $HF$ 雖然單一氫鍵極強，但受限於氫原子數量，平均每個分子僅能形成 1 個氫鍵。因此，氫鍵數量的優勢使得 $H_2O$ 奪冠。接著比較 $HF$ 與 $NH_3$，由於 $F$ 的電負度遠大於 $N$，使得 $HF$ 的氫鍵強度勝出，故得出 $H_2O > HF > NH_3 > CH_4$ 的正確結論。
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