有關Molecular symmetry 的題目

AL/2006/I/3(c)(i)

Which of the following best represents the reaction of (CH₃)₃N with BF₃ to form (CH₃)₃NBF₃?

要答這條題目就得留意三隻反應物和生成物的分子形狀。N(CH₃)­₃的N有5粒最外層電子，有3粒和CH₃組共價鍵，另外2粒閒置著，所以一共有3組Bond pairs及1組lone pair。由這組合得知這分子的形狀是Trigonal pyramidal (所以C錯)。接著是BF₃︰B有3粒最外層電子，3粒全用作組單鍵，所以有3組Bond pair，所以BF₃的形狀是Trigonal planar (A及D錯)。

係講Van der Waals Force之前…

大家在中三/四時就學習過不同分子如何以電子圖(Electron diagram)顯示化合物之間的鍵，要畫出共價鍵的結構就是將原子的最外層電子層互相重疊，裡面再畫上電子，代表互相分享的電子︰

畫就咁畫但又能否反映到分子的實際形狀呢？如果該分子只有兩粒原子組成，它當然是直線(Linear)形狀，但更多的是幾粒原子組合而成的分子。

要找出某分子的形狀除了用複雜的紅外線析譜法(註︰和DSE學的IR Spectrometry有點不同)，更簡單的方法就是由分子的中央原子(central atom，例如是H₂O的O及NH₃的N)的電子對來判斷。電子對可分為兩種︰

Exception of Octet Rule & Non-Octet Structure of Molecules

之前介紹過物質要組成穩定的物質其原子的最外層電子須有8粒電子，這規律稱為Octet Rule(至於H, He, Li及Be要穩定其原子之最外層電子數量應為2，又稱Duplet Rule)。但部分物質不需要符合以上規律一樣可以穩定，其結構稱為Non-octet structure。這些物質可根據其中心原子(central atom)的電子結構分為三類︰

1.          最外層電子少於8粒，例如BeCl₂及BCl₃︰

            

Structure & Bonding_試題分析 2

DSE/Sample Paper/1B/7

Complete the table below by

(a) drawing a three-dimensional diagram for the structure of each solid substance (3 marks), and

(b) giving an explanation of whether the solid substance is an electrical conductor. (3 marks)

Solid substance	Three-dimensional diagram for the structure of the solid substance	Explanation of whether the solid substance is an electrical conductor
Diamond
Graphite
Caesium chloride

考評局的DSE Sample paper問題較簡單直接，但介紹這題的目的想一次提醒大家要識畫鑽石、石墨及二氧化矽的巨型共價結構之餘，亦希望大家留意DSE只會考的兩種ionic compounds︰Sodium chloride & Cesium chloride(氯化銫)的巨型離子結構不一樣。

Structure & Bonding_試題分析

此課題目繁多、不時在公開試出現。在此挑選一些較特別的題目講解，順道就上次課題繼續伸延。(時間關係，長題目下次這兩天再補加)

DSE/13/1A/1

Silicon is an element in Group IV of the Periodic Table. The oxide of silicon has the chemical formula SiO₂. Which of the following statements about silicon and its oxide is correct?

A.          Silicon is a good conductor of heat.

B.          Silicon exists as simple molecules.

C.          SiO₂ is a hard material at room temperature.

D.         SiO₂ dissolves in water to give an acidic solution.

除了上次提及的鑽石、石墨及二氧化矽外，硼(Boron)及矽(Silicon)亦具有巨型共價結構，不過在考試中無須畫出此兩種元素的結構。矽的結構內全是由共價鍵組合出來、沒有任何簡單分子，它的傳熱能力和離子化合物及簡單分子一樣麻麻 (事實上傳熱能力好的都是金屬和石墨)。所以A及B都錯。

歡度光棍節之今日又係冇文出

版主暫時整理試題庫，呢兩日會盡快講解埋部分Structures & Bonding的DSE試題。係呢度介紹對化學有興趣的同學用手機於App Store 或 Google Play下載Royal Society of Chemistry製作的元素週期表。Apps入面除左有每個元素既基本資料之外，仲有Podcast(連Transcript)同Video睇。如果係低form既初學者可以揀Introductory level，而對高中的化學同學來說Intermediate level比較適合。中六同學亦可以利用呢個App學習唔同元素特性，如果去到自修室唔記得帶張元素週期表都可以入黎Check返。

同學仲未夠喉的話可以入呢個網聽下唔同Elements & Compounds 既Podcast，最緊要有埋Transcript，咁聽唔明佢講咩都可以查字典學返︰
http://www.rsc.org/chemistryworld/podcasts/

上網或者用電話唔一定淨係搵朋友同打機，同學可以多善用以上資源學習不同知識，亦無須只將眼界放在教科書上、限制自己視野。

簡單分子結構及其特性

上文講到以共價鍵連接原子而組成巨型結構的物質都有很強的硬度及「溶點」，但具有共價鍵的物質就不一定夠強。大部分非金屬元素組成的物質(下稱非金屬物質)如二氧化碳  (CO₂)和水  (H₂O)以及剛才提及的乙烯  (Ethene)及2-丁烯  (but-2-ene)的溶點及硬度都很低。原子透過分子內的共價鍵已經變得穩定，所以分子之間不會出現共價鍵而只是微弱的范德華力、形成以下的簡單分子結構︰

共價鍵及巨型共價結構

上回提到不同原子有不同方法達至octet structure︰金屬原子會和其最外層電子分開而變成陽離子(Cation, Positively-charged ion)及Delocalized electron，後者會在前者組成的金屬晶體游走。如金屬原子再加上非金屬原子就會組成離子鍵︰金屬原子同樣會放出電子而變成陽離子，但今回放出來的電子就被非金屬原子搶去、合體做陰離子(anion, negatively-charged ion)。陰陽離子再合體就成為離子化合物。

但如果一開始只有非金屬原子，就不能像離子化合物的非金屬原子一樣有金屬原子提供電子。這些非金屬原子要達到Octet structure最方便的方式就是兩粒原子互相分享電子(share electrons)。而兩粒原子所分享的電子數量是AA制，如果兩粒原子擁有相同的最外層電子的話它們只要各分享相同的電子就可穩定下來(如H₂, Cl₂, N₂, Cl-F)。但如果兩粒原子擁有不同的最外層電子就須視乎最外層電子較少的原子還需多少額外電子，再除另一款原子需要的電子數量去找出其Chemical formula。例如由碳和氧要組成化合物，碳(最外層電子較少)需要4粒電子，氧(最外層電子較多)需要2粒電子，所以碳需要(4/2=)2粒氧才會穩定。故此由碳和氧會組合出二氧化碳CO₂。

最後一分鐘_金屬及離子化合物在物理性質上的分別

金屬及離子化合物分別組成巨型金屬結構及巨型離子結構，造成不同的物理性質。

由於兩者都有很強的化學鍵，他們的溶點、沸點、密度及硬度都很高。但離子化合物十分易碎 (Brittle)。這是由於離子層移位後就會和另一層互相排斥、最終碎裂︰

最後一分鐘系列_離子鍵 Ionic bond

和Giant metallic structure稍為相似的是巨型離子結構(Giant ionic structure)。礦物、大部分寶石、碳酸物及氧化物都擁有此結構。

單看原材料亦非常容易分得清楚︰離子結構就是來自金屬原子的陽離子(Cation，帶正極)和來自非金屬原子的陰離子(anion，帶負極)相互結合而成。既然金屬原子會放出電子，未穩定的非金屬原子(Group V / VI / VII)就可以冷手執個熱煎堆、把電子據為己有令自己變成Octet structure而穩定下來。

最後一分鐘系列之Structures & Bonding (1)

未來幾篇文會同大家一齊迎接Form Test來臨。今日先講structure & bonding。

根據Octet Rule，原子要穩定下來就要像貴氣體(Noble gas)一樣擁有8粒最外層電子(這結構又稱為Octet Structure) (註：氫Hydrogen及鋰Lithium除外，它們要和氦Helium一樣有2粒最外層電子才穩定、這稱為Dulpet Rule)。但原子上的電子並不能呼之則來、揮之則去，所以原子和原子之間會產生化學鍵以改變最外層電子的數量。這包括金屬鍵、離子鍵及共價鍵。而這些鍵都是靜電吸引力(Electronstatic force, 其實即係正負極粒子的吸引力)，引力會隨粒子電荷的增加及粒子尺寸的減少而增大。

Section 13: Industrial Chem_Activation Energy & Energy Profile_Part 1

為何每個反應都有不同速率？還記得Collision Theory的同學應該很清楚反應源於粒子的有效碰撞 (Effective collision)，而如何達到有效碰撞取決於兩大因素︰

Ø   粒子在碰撞過程獲得足夠K.E.(即Kinetic energy動能，由於中文名太核突版主唔想用)

Ø  粒子碰撞的方向正確

這理論亦以增加有效碰撞的機率來解釋為何增加溫度、濃度、表面面積及加入催化劑能增加反應速率。相信同學都不難掌握此部分，但又能否聯想起Chemical Energetics︰

Energetics這課除了教大家Enthalpy (焓，簡單講就是一隻物質的Potential energy，該物質enthalpy越高即是bond strength越弱，所以亦較不穩定)時就有講解化學反應導致enthalpy change的成因︰粒子反應時先會吸收周圍環境的能量 (即熱能)、將自行的bonding拆除，再組成新bonding來形成生成物 (此過程會放出能量)。至於一個反應會吸熱(endothermic, △H= +ve)還是放熱(exothermic, △H= -ve)就需比較反應物及生成物之間的bond strength︰

續談Rate Law (2)

2)      HKALE/2007/Paper II/Q.3(a):

(a)    Consider the reaction below:

Br₂ (aq) + HCO₂H (aq) à 2 Br^- (aq) + 2H⁺ (aq) + CO₂ (g)

The table below lists the experimental data obtained at a certain temperature:

Run	Volume used / cm3			Initial rate for the disappearance of Br2 (aq) / mol dm-3 s-1
	0.010 M Br2 (aq)	0.20 M HCO2H (aq)	H2O (l)
1	2.0	10.0	8.0	1.2 x 10-5
2	4.0	10.0	6.0	2.4 x 10-5
3	8.0	10.0	2.0	4.8 x 10-5

(i)    Suggest an experimental method to follow the change in concentration of Br₂(aq) in the reaction mixture Give a reason for your suggestion.
(ii)   Suggest how the initial rate for the disappearance of Br₂ (aq) can be found.
(iii)  Why is it necessary to keep the concentration of HCO₂H (aq) much higher than that of Br₂ (aq)?
(iv)    Deduce the order of the reaction with respect to Br₂ (aq).
(v)    Suggest how the order of the reaction with respect to HCO₂H (aq) can be determined.

留意雖然題目有提供initial rate但沒有提供濃度，同學或可計算各反應物的no. of mole再除以該混合物的總容量(Vol. of Br₂ + Vol. of HCO₂H + Vol. of H₂O)來找出反應物濃度，但實際上還有更簡易的方法。詳閱(iv)。

續談 Rate Law(1)

今次先講解一條有關Rate Law的文憑試試題。

1)      HKDSE/Sample Paper/Paper II/Q.1(a)(i)(ii)(iii)

In acid solution, chlorate ions (ClO₃^-) slowly oxidize chloride ions to chlorine. The following kinetic data are obtained at 25℃:

Run	[ClO3–(aq)] /mol dm-3	[Cl–(aq)] /mol dm-3	[H+(aq)] /mol dm-3	Initial rate /mol dm-3 s-1
1	0.08	0.15	0.20	1.0 x 10-5
2	0.08	0.15	0.40	4.0 x 10-5
3	0.16	0.15	0.40	8.0 x 10-5
4	0.08	0.30	0.20	2.0 x 10-5

(i)   Write the balanced equation for this reaction. (1 mark)
(ii)   Determine the order of the reaction with respect to each reactant. (3 marks)
(iii)   Determine the rate constant at this temperature. (3 marks)