第六章 元素與無機合化物

目次 金屬元素、類金屬元素與非金屬元素在週期表的位置 6-1 非金屬元素及其化合物 6-2 主族金屬元素及其化合物 6-3 過渡金屬元素及其化合物 學習概念圖

金屬元素、類金屬元素與非金屬元素在週期表的位置 目次

6-1 非金屬元素及其化合物 前言 氫 碳 氮 氧 矽 氯 延伸補給站-碘與碘的化合物 碘離子的檢驗 科學報導 石墨烯 氧氣的製備及用途 6-1　非金屬元素及其化合物 前言 氫 實驗室法製氫 工業法製氫(例題6-1) 氫氣的用途1 ﹑2 ﹑3 常見的含氫化合物及其用途 碳 數種碳的同素異形體性質比較 延伸補給站　奈米碳管 一氧化碳和二氧化碳的比較 二氧化碳溶於水(例題6-2) 氮 氮氣(製備﹑化性﹑檢驗方法﹑用途) 氮的化合物 (實驗室製氨) 氮的化合物:硝酸 (製備﹑氧化力﹑用途) 亞硝酸鹽 (例題6-3) 氧 氧氣的製備及用途 臭氧(檢驗﹑用途及氧化物) 氧化物的酸鹼性(例題6-4) 矽 矽的用途 矽酸鹽﹑二氧化矽﹑SiO44－組成的矽酸鹽 常見矽酸鹽的構造 (例題6-5) 氯 氯氣的製備﹑製造氯氣的裝置 氯氣的製備及氯的化合物 氯的含氧酸﹑次氯酸及過氯酸 (例題6-6) 延伸補給站-碘與碘的化合物 碘離子的檢驗 科學報導　石墨烯

6-1 非金屬元素及其化合物 非金屬元素位於週期表右側通常沒有金屬光澤，延性與展性不佳，不易導電導熱。 6-1　非金屬元素及其化合物 非金屬元素位於週期表右側通常沒有金屬光澤，延性與展性不佳，不易導電導熱。 非金屬的氧化物或氫化物均為分子化合物；除NH3和PH3外，其水溶液大多呈酸性。 目次 6-1

1‧氫 無色、無臭的氣體 難溶於水 每個氫分子由兩個氫原子組成 熔點為－259.1 ℃，沸點為－252.5 ℃ 室溫時在空氣中很安定，但若點火則會與空氣中的氧氣劇烈反應 目次 6-1

實驗室法製氫 實驗室需要少量的氫氣時，常以鋅和稀鹽酸或稀硫酸作用而得，其反應為： 　 Zn(s)＋2 H＋(aq) → Zn2＋(aq)＋H2(g)

實驗室法製氫 氫氣難溶於水，可使用排水集氣法收集。 電解水也是實驗室製氫氣的方式之一，然而過分耗費能源，不宜使用於大量製造。 目次 6-1

工業法製氫-1 工業上需要大量氫氣時，常以甲烷與水蒸氣在高溫及催化劑（Ni／Al2O3）作用下，藉由下列反應而得氫氣

工業法製氫-2 利用水蒸氣與灼熱的煤焦作用： C(s)＋H2O(g) CO(g)＋H2(g) 產物為一氧化碳與氫氣的混合物，稱為水煤氣 目次 6-1

例題6-1 Fe(s)＋2 HCl(aq) → FeCl2(aq)＋H2(g) 實驗室常用活性較大的金屬與稀酸的反應製造氫氣，試寫出鐵和鎂與稀鹽酸反應生成氫氣的反應方程式。 Fe(s)＋2 HCl(aq) → FeCl2(aq)＋H2(g) Mg(s)＋2 HCl(aq) → MgCl2(aq)＋H2(g) 目次 6-1

氫氣的用途 1：哈柏法製氨 石油及化學工業均需要使用大量氫氣，例如工業上用哈柏法製氨，即以氫氣為原料 哈柏法：在高溫、高壓條件下，氫氣與氮氣藉由催化劑的幫助而合成氨的工業製法 N2(g)＋3 H2(g ) 2 NH3(g) 以哈柏法製造氨氣時，其原料氫氣則由天然氣中分離而來。 目次 6-1

氫氣的用途 2：製備鹽酸 電解濃食鹽水後，產生的氫氣和氯氣若直接反應，即可產生氯化氫氣體： H2(g)＋Cl2(g) → 2 HCl(g) 進一步溶於水中即產生鹽酸： HCl(g)＋H2O(l) → H3O＋(aq)＋Cl－(aq) 目次 6-1

氫氣的用途 3：還原金屬 氫氣有還原性，冶金時，可 利用氫氣還原金屬氧化物。 氧化銅被氫氣還原的反應： CuO(s)＋H2(g) 　 Cu(s)＋H2O(g) 目次 6-1

常見的含氫化合物及其用途 化合物 用 途 水（H2O） 農業灌溉、溶劑及飲用等。 有機化合物 種類繁多，可作為燃料、溶劑及醫藥等。 用　　途 水（H2O） 農業灌溉、溶劑及飲用等。 有機化合物 種類繁多，可作為燃料、溶劑及醫藥等。 氨（NH3） 肥料、製造其他含氮化合物及清潔劑。 氯化氫 （HCl） 可溶於水製成強酸，在工業上可作為塑 膠（如PVC）原料等。 目次 6-1

2‧碳 碳元素有數種同素異形體：石墨烯、石墨、鑽石（或稱金剛石）、富勒烯等。其中碳原子之鍵結軌域 sp2與 sp3 均有。 富勒烯種類繁多，僅列出C60 及奈米碳管作為參考。 (A) (B) (A) C60粉末；(B) C60可溶在甲苯中，形成紅紫色液體。 目次 6-1

數種碳的同素異形體性質比較 sp2 sp2 sp3 sp2 sp2 石墨烯 石墨 鑽石 （金剛石） 富勒烯 C60 奈米碳管 結構 鑽石 （金剛石） 富勒烯 C60 奈米碳管 結構 單層平面網狀 多層平面網狀 立體網狀 立體中空球狀 長條中空 圓柱狀 混 成 軌 域 sp2 sp2 sp3 sp2 sp2

數種碳的同素異形體性質比較 石墨烯 石墨 鑽石 （金剛石） 富勒烯 C60 奈米碳管 性質 是一零能量差材料，其價帶與傳導帶有一點重疊。 鑽石 （金剛石） 富勒烯 C60 奈米碳管 性質 是一零能量差材料，其價帶與傳導帶有一點重疊。 黑色，質軟，耐高溫，能導電。 透明，硬度最大的元素，導熱性良好，不導電，耐高溫 某些為導體，有些為半導體。 某些硬度大，可耐高壓。 球狀分子，可作潤滑劑。亦可作為儲氫材料。 C60與鹼金族形 成的化合物A3C60 （其中A代表鹼金族元素） ， 在真空或缺氧的空氣中，會在1700℃ 以上轉換為石墨。 目次 6-1 於20 K下具有超導性質。

延伸補給站-奈米碳管 奈米碳管有數種不同型式 奈米碳管的結構分為單壁、多壁、甜甜圈形等。單壁奈米碳管具有許多不同之排列，各有不同性質，以下僅介紹其中兩種。

延伸補給站-奈米碳管 鋸齒型 扶手椅型 單壁奈米碳管等於是由石墨切下一片再捲起來，其切法不同，性質也不同。 (A) 　　　　　　　 (B) 鋸齒型 扶手椅型 導電性質為半導體 導電性質接近金屬，甚至比金屬還好。 單壁奈米碳管等於是由石墨切下一片再捲起來，其切法不同，性質也不同。 目次 6-1

一氧化碳和二氧化碳的比較 碳是構成有機化合物的主要元素，碳的氧化物、碳酸和碳酸鹽均為無機化合物。碳的氧化物有一氧化碳和二氧化碳兩種，其性質的比較（如下頁）

一氧化碳和二氧化碳的比較

一氧化碳和二氧化碳的比較 目次 6-1

二氧化碳溶於水 二氧化碳溶於水會生成少量碳酸（H2CO3） ，碳酸為雙質子酸，可解離為碳酸氫根（HCO3－）及碳酸根（CO32－）。 碳酸根與碳酸氫根在水中呈現鹼性： CO32－(aq)＋H2O(l) → HCO3－(aq)＋OH－(aq) 　　　　　 HCO3－(aq)＋H2O(l) → H2CO3(aq)＋OH－(aq) 目次 6-1

例題 6-2 CaCO3(s) CaO(s)＋CO2(g) 碳酸鈣受熱到840 ℃時，分解成二氧化碳，這也是二氧化碳的工業製法之一，試寫出其反應方程式。 CaCO3(s) 　　　CaO(s)＋CO2(g) 目次 6-1

3‧氮 氮氣是無色、無臭、無味的雙原子分子，分子中兩個氮原子以參鍵結合，因此十分穩定，不可燃，亦不助燃。 目次 6-1

氮氣的製備 實驗室中，可用亞硝酸鈉和氯化銨混合加熱製取氮氣： 工業上則將液態空氣以分餾法製取氮氣，因氮氣的沸點比氧氣低，所以會先逸出。 NaNO2(s)＋NH4Cl(s) 　 N2(g)＋NaCl(s)＋2 H2O(g) 工業上則將液態空氣以分餾法製取氮氣，因氮氣的沸點比氧氣低，所以會先逸出。 目次 6-1

氮氣的化性 氮氣在常溫常壓時，幾乎不與其他元素化合。 在高溫或微生物作用下，則會與部分元素反應，將氮變成含氮化合物，稱為氮固定（nitrogen fixation），哈柏法製氨即為一種氮固定。 目次 6-1

檢驗氮氣的方法 金屬鎂可在高溫下與氮氣反應生成黃色氮化鎂（Mg3N2）： 3 Mg(s)＋N2(g) Mg3N2(s) 氮化鎂與水作用會生成氫氧化鎂與氨： Mg3N2(s)＋6 H2O(l) 2 NH3(g)＋3 Mg(OH)2(s) 氨可使潮溼紅色石蕊試紙變藍色，上述二反應可作為檢驗氮氣的方法。 金屬鋰也可以與氮氣作用。 目次 6-1

氮氣的用途 氮氣的活性小，因此在包裝中充填氮氣可使食物保存更久。 在飛機及部分汽車的輪胎中，若充填氮氣，因其與空氣相較，減少了水蒸氣及氧氣，可延長輪胎之使用壽命。 目次 6-1

氮的化合物 含氮的無機化合物中較重要的可分為氫化物（如氨）、氧化物（如NO、NO2，二者合稱為NOx）及含氧酸（如硝酸（HNO3）、亞硝酸（HNO2））。 氮的氧化物通常是氮氣與氧氣在高溫（如汽車引擎中）時反應產生，是空氣汙染的原因之一。其中NO為無色氣體，NO2為紅棕色氣體，均有毒性。 目次 6-1

氮的化合物：實驗室製氨 氨是具刺激性臭味的氣體，其實驗室製法，是用氯化銨與強鹼（通常為氫氧化鈣）共熱。產生的氨氣，用向下排氣法收集，並以濃鹽酸檢驗。 目次 6-1

氮的化合物：硝酸 氨的水溶液或形成的銨鹽可作為肥料，氨的另一項重要用途是製造硝酸。硝酸是氧化力很強的強酸，無色，有刺激性氣味。

氮的化合物：硝酸 硝酸水溶液在光線照射下會分解成二氧化氮，使溶液呈現淡黃色。 照光 因此放置過久的硝酸常帶淡黃色，為防止此一現象，硝酸應以深褐色玻璃瓶盛裝。 目次 6-1

硝酸的製備 實驗室製法是以硝酸鈉與濃硫酸加熱製成硝酸。 NaNO3(s)＋H2SO4(aq) 　　 NaHSO4(aq)＋HNO3(aq)

硝酸的製備 奧士華法：工業上製造硝酸，氨與氧在觸媒的催化下生成一氧化氮，再繼續氧化為二氧化氮，最後與水作用成硝酸。 4 NH3(g)＋5O2(g) 　　　　4NO(g)＋6H2O(l) 2 NO(g)＋O2(g)→ 2 NO2(g) 3 NO2(g)＋H2O(l) → 2 HNO3(aq)＋NO(g) 可回收重複使用 目次 6-1

硝酸的氧化力 除了如金、鉑等少數金屬，幾乎所有金屬都可被硝酸氧化，例如銅與稀硝酸反應，產生一氧化氮： 3 Cu(s)＋8 HNO3(aq)(稀) → 3 Cu(NO3)2(aq)＋2 NO(g)＋4 H2O(l)

硝酸的氧化力 銅與濃硝酸反應，產生二氧化氮： Cu(s)＋4 HNO3(aq)(濃) → Cu(NO3)2(aq)＋2 NO2(g)＋2 H2O(l) 稀硝酸與強還原劑（如鋅）作用時，會產生銨離子： 4 Zn(s)＋10 HNO3(aq)(稀) → 4 Zn(NO3)2(aq)＋NH4NO3(aq)＋3 H2O(l) 目次 6-1

硝酸的用途 硝酸最大的用途為製造氮肥，如 NH4NO3，也可用於製造炸藥及溶解金屬。 濃硝酸與濃鹽酸以體積比 1：3 混合而成的液體，俗稱王水，可溶解金或鉑等貴金屬。 Au(s)＋4 H＋(aq)＋4 Cl－(aq)＋NO3－(aq) 　　　　→ AuCl4－(aq)＋NO(g)＋2 H2O(l)

硝酸的用途 將等體積一氧化氮與二氧化氮的混合氣體通入鹼性溶液中可得亞硝酸鹽。 NO(g)＋NO2(g)＋2 OH－(aq) → 2 NO2－(aq)＋H2O(l) 目次 6-1

亞硝酸鹽 亞硝酸鹽普遍存在於天然食物中，尤其是蔬菜，例如白色花椰菜中就含天然亞硝酸鹽3.49 mg / kg。 (A) (B) (A)白色花椰菜中含有天然的亞硝酸鹽；(B)添加了亞硝酸鈉的臘腸呈現紅色。 亞硝酸鹽普遍存在於天然食物中，尤其是蔬菜，例如白色花椰菜中就含天然亞硝酸鹽3.49 mg / kg。 亞硝酸鈉因可使肉類呈紅色，且有殺菌作用，因此可當臘肉的防腐劑。但因具有毒性，且添加亞硝酸鈉的肉類若燒焦，易產生致癌物，因此其用量受到限制。 目次 6-1

例題 6-3 實驗室中有一瓶無色液體藥劑，呈強酸性，用深褐色玻璃瓶裝，因放置過久，略呈淡黃色，這瓶藥劑可能是什麼？如何驗證你的推測？ 可能是硝酸。可取出少量液體，投入銅片，如冒出紅棕色氣體，即可確認推測正確。 目次 6-1

4‧氧 氧的同素異形體包含氧氣（O2）和臭氧（O3），氧氣是無色無味的氣體，為非極性分子；臭氧則是淡藍色有臭味的氣體，屬極性分子。 氧的同素異形體之填充模型 目次 6-1

氧氣的製備及用途 在實驗室中通常以二氧化錳當催化劑，加熱氯酸鉀製氧： 氧氣在工業上的用途主要用於煉鋼，將高壓的氧注入熔鐵中，把雜質中的硫及多餘的碳分別變成 SO2及CO2 目次 6-1

臭氧的檢驗 臭氧為氧化劑，可將 I－氧化為 I2，因此可以將 KI－澱粉試紙變為藍黑色，善用此一性質，即可檢驗生活周遭是否有臭氧存在。

臭氧的檢驗 例如放在影印機旁的潮溼KI－澱粉試紙，就比較容易變成藍黑色。 因為影印機的雷射光會將空氣中的氧氣轉變為臭氧，因此影印機應置於空氣流通處，以免影響健康。 目次 6-1

臭氧的用途及氧化物 臭氧亦可作為漂白劑及自來水消毒之用，大氣平流層中有大量臭氧，可吸收紫外線，使地表生物免於遭受大量紫外線的侵害。 O3(g) 　　　　O2(g)＋O(g)

臭氧的用途及氧化物 地殼中的主要成分如二氧化矽（SiO2） 、灰石（CaCO3），重要礦產如赤鐵礦（主要成分為Fe2O3）等都含有氧，因此氧是地殼中含量最多的元素。空氣中也含有許多氧化物，如二氧化碳，或汙染空氣的 NOx及二氧化硫等。 目次 6-1

氧化物的酸鹼性 一般而言，非金屬氧化物若溶於水會形成酸性，如二氧化氮、二氧化硫溶於水分別產生硝酸（HNO3）及亞硫酸（H2SO3）。

氧化物的酸鹼性 金屬氧化物若溶於水會形成鹼性，如氧化鈉溶於水形成氫氧化鈉（NaOH），不過也有少數例外，如三氧化鉻（CrO3）溶於水形成鉻酸（H2CrO4）或二鉻酸（H2Cr2O7）。 難溶於水的非金屬氧化物（如SiO2）及金屬氧化物（如CuO），則呈中性。 目次 6-1

例題 6-4 試寫出氧氣與臭氧的路易斯結構。 氧氣 臭氧 目次 6-1

5‧矽 矽是地殼中含量僅次於氧的元素，通常以二氧化矽或矽酸鹽的形式存在。 工業上製矽，通常以焦炭還原二氧化矽： SiO2(s)＋C(s) 　　　　 Si(s)＋CO2(g) SiO2(s)＋2 C(s) 　　　 Si(s)＋2 CO(g)

5‧矽 純化矽的化學方法日新月異，通常先將矽變為氣態化合物，如矽烷（SiH4），與雜質分離後，再令此化合物分解，使矽沉積，可得極高純度的多晶矽： SiH4(g) 　　　 Si(s)＋2 H2(g) 目次 6-1

矽的用途 矽的主要用途為製造電子組件中的半導體，例如在高純度的矽中摻雜少量的硼或磷，可分別製成 p 型或 n 型半導體 矽晶片 目次 6-1

矽酸鹽 自然界中，矽的化合物除少數如石英以二氧化矽存在外，另有數百種不同構造的矽酸鹽類。 矽酸鹽：為矽酸的衍生物，種類很多，除金屬離子外，分為單獨陰離子基團、直鏈形和平面形等。

二氧化矽 矽酸鹽 石英（二氧化矽）的結構 目次 6-1

二氧化矽 二氧化矽可視為由許多四面體構成，四面體的中心是矽原子，而四個頂點皆為氧原子，每個氧原子均為兩個四面體共用，所以石英的化學式為 SiO2。

二氧化矽 矽酸鹽可視為以 SiO44－為基本單位搭配金屬離子所構成的物質： 簡化 目次 6-1

SiO44－組成的矽酸鹽 以輝石 ( pyroxenel ) 為例，其陰離子是由 SiO44－為基本單位組成的一度空間鏈。由於每個 SiO44－單位中有兩個氧原子與其他 SiO44－單位共用，所以 Si 與 O 的原子數比為 1：3。

SiO44－組成的矽酸鹽 雲母 ( mica )的陰離子是由 SiO44－為基本單位組成的二度空間鏈。由於每個SiO44－單位中有三個氧原子與其他 SiO44－單位共用，所以 Si 與 O 的原子數比為 2：5。建築材料如玻璃、水泥等，大多由含矽化合物混合而成。 目次 6-1

常見矽酸鹽的構造 簡 式 輝石 石綿 雲母 石英 結 構 SiO32－ （陰離子） 一度空間（單鏈） Si4O116－ （陰離子） 簡　式 輝石 石綿 雲母 石英 結　　構 SiO32－ （陰離子） 一度空間（單鏈） Si4O116－ （陰離子） 一度空間（雙鏈） Si2O52－ （陰離子） 二度空間（平面） SiO2 三度空間（立體） 目次 6-1

例題 6-5 矽烷是矽的氫化物，其分子式為 SiH4，三氯矽烷的分子式為 HSiCl3，試判斷此兩種分子之形狀及其是否為極性分子？

例題 6-5 三氯矽烷(HSiCl3)是極性分子 矽烷(SiH4)是 非極性分子 目次 6-1

6‧氯 氯和氟、溴、碘、砈元素合稱為鹵素。常溫時，氯是黃綠色氣體。 Cl2 目次 6-1

氯氣的製備 在實驗室常以鹽酸與二氧化錳反應，以製造氯氣。 4 HCl(aq)＋MnO2(s) MnCl2(aq)＋Cl2(g)＋2 H2O(l)

氯氣的製備 為避免多餘的氯氣外洩，需加硫代硫酸鈉吸收氯氣，而硫代硫酸鈉的瓶中會出現硫的黃色沉澱。

氯氣的製備 S2O32－(aq)＋4 Cl2(g)＋5H2O(l) → 2SO42－(aq)＋8Cl－(aq)＋10H＋(aq) S2O32－(aq)＋2 H＋(aq) → SO2(g)＋S(s)＋H2O(l) 目次 6-1

製造氯氣的裝置 第一、二瓶收集氯氣， 第三瓶收集氯水， 最後一瓶硫代硫酸鈉吸收多餘氯氣，最後氣體出口不可封閉。 目次 6-1

氯氣的製備及氯的化合物 工業上多採電解濃食鹽水製氯： 氯是工業上最重要的鹵素，可用於自來水消毒，並大量用來製造含氯的有機化合物（如氯乙烯）及無機化合物。含氯的重要無機化合物包括氯化鈉（NaCl）、氯化氫（HCl）、次氯酸鈉（NaClO）、氯酸鉀（KClO3）等。

氯氣的製備及氯的化合物 實驗室中製造氯化氫的方法，是以氯化鈉和濃硫酸反應： NaCl(s)＋H2SO4(aq) 　　　 HCl(g)＋NaHSO4(aq) 目次 6-1

氯的含氧酸 工業上則以電解濃食鹽水所得的氫氣和氯氣，直接反應製造氯化氫氣體。氯會形成多種含氧酸，氯的含氧酸中，氧原子愈多，酸性愈強，但氧化力愈弱。

氯的含氧酸 目次 6-1

次氯酸及過氯酸 氯的含氧酸中，氯的氧化數最小的為次氯酸。氯氣通入水中，即可產生氫氯酸與次氯酸。 Cl2(g)＋H2O(l) → HCl(aq)＋HClO(aq) 次氯酸雖是弱酸，但卻是強氧化劑，有漂白功能。次氯酸鈉常成為漂白水的主要成分。

次氯酸及過氯酸 氯的含氧酸中，氯的氧化數最高的為過氯酸，純的過氯酸極不安定，遇有機物或受熱、受震都易引起爆炸，其水溶液是最強的酸之一。 目次 6-1

例題 6-6 硫代硫酸鈉又稱海波，常添加於水族箱的水中，試問其目的為何？ 硫代硫酸鈉是還原劑，可將自來水中的餘氯還原成氯離子，反應如下： 目次 6-1

延伸補給站-碘與碘的化合物 碘在常溫時是紫黑色固體，也是鹵素的成員之一。 利用氯氣氧化碘離子可生成碘，加入正己烷後，生成的碘溶於正己烷而形成紫色溶液，其下層水溶液含有棕色的 I3－ 2 I－(aq)＋Cl2(g) → I2(s)＋2 Cl－(aq) I2(s)＋2 I－(aq) → I3－(aq)

延伸補給站-碘與碘的化合物 氯氣與碘離子產生反應：首先將溶有氯氣的正己烷溶液加入碘化鉀水溶液，搖動試管之後，生成的 I2 溶於上層的正己烷而形成紫色溶液，下層為黃褐色的I3－水溶液。

延伸補給站-碘與碘的化合物 智利硝石（主要成分為NaNO3）中含有少量的碘酸鈉（NaIO3），可用亞硫酸還原得碘；海藻中亦含碘，將海藻燒成灰，灰中含0.5％至1.5％的碘離子，溶於水後可用氯氣將其氧化成碘分子。

延伸補給站-碘與碘的化合物 碘可製成碘化鈉（NaI）或碘化鉀（KI）。因碘是製造甲狀腺素的要素，缺碘會引起甲狀腺腫。兒童發育期間若缺碘，會造成智能不足，故可在食鹽中加入少量的碘酸鉀，供人體攝取。 目次 6-1

碘離子的檢驗 碘離子（I－）可與銀離子（Ag＋）形成黃色的沉澱，此反應可用來檢驗碘離子。 Ag＋(aq)＋I－(aq) → AgI(s) 硫酸會氧化碘離子，製備碘化氫時，以磷酸代替硫酸較宜。 NaI(s)＋H3PO4(aq) → NaH2PO4(aq)＋HI(aq) 目次 6-1

科學報導-石墨烯 2010 的諾貝爾物理獎頒給了兩位英國曼徹斯特大學的物理學家，海姆和諾沃肖洛夫。他們獲獎的原因，除了成功地製造了「傳說中的」二維材料，也為實驗手法開創了一種全新的思維，奈米級的樣品竟然可以用再平凡不過的 3M 膠帶製備！

科學報導-石墨烯 石墨烯的製造方式除了利用剝削法外，其他可製造大面積的碳薄膜製造方式也陸續被研究出來。 例如將碳化矽（SiC）加熱到1300 ℃，再降溫時，此時碳將析出於基板表面形成碳薄膜，或是利用化學氣相沉積法（chemical vapor deposition，CVD），將甲烷（CH4）於氫氣氛圍下於溫度約1000 ℃以上 裂解沉積於銅或是鎳的表面。

科學報導-石墨烯 目前使用CVD方式已經可長成面板尺寸大小的碳薄膜，提高了其未來應用性。 石墨烯是薄膜狀、機械結構強，又是個可撓式導體。其導電度可透過化學摻雜或是電場控制的方式來調控，可應用於太陽能及顯示器面板上。另外，在應用於氣體偵測器上也有相當的潛力。

科學報導-石墨烯 石墨烯的發現，除了在二維材料的研究上有更進一步的突破，也為未來的光電元件帶出新的應用方向，對人類的生活與科學有著很大的貢獻。 目次

6-2 主族金屬元素及其化合物 前言 鹼金屬 鹼土金屬 鋁 科學家小傳-霍爾 鈉(化性﹑製備) 6-2　主族金屬元素及其化合物 前言 鹼金屬 鈉(化性﹑製備) 鈉的化合物(氯化鈉﹑氫氧化鈉﹑碳酸鈉﹑索耳未法製碳酸鈉﹑碳酸氫鈉) 例題6-7 鹼土金屬 鎂(鎂的燃燒及反應﹑鎂的合金) 鎂的化合物：氧化鎂 (例題6-8﹑例題6-9) 鋁 鋁的製備﹑用途 氧化鋁(工業上純化鋁礬土製得氧化鋁的過程﹑工業上以霍爾法電解氧化鋁製鋁) 鋁的化合物(氫氧化鋁﹑明礬) 例題6-10 科學家小傳-霍爾

6-2　主族金屬元素及其化合物 金屬除了具金屬光澤及富延性和展性而易加工外，尚有導電及導熱的性質，觸摸銅、鐵等金屬會覺得涼，即為金屬將熱量傳導出去所造成。 目次 6-2

1‧鹼金屬 鹼金屬（alkali metals）為第1族的元素，位於週期表的最左側，以其氧化物溶於水中呈鹼性而得名。 包括鋰（Li）、鈉（Na）、鉀（K）、 銣（Rb）、銫（Cs）和（Fr）。

1‧鹼金屬 外層電子組態均為 ns1（n等於2至7），易失去價電子而生成一價的鹼金屬族陽離子，故各元素均為強還原劑，易與非金屬元素直接化合。 目次 6-2

鈉 鈉為質軟的銀白色金屬，可用刀切割。鈉的活性很大，接觸空氣時，外表會生成一層過氧化物（Na2O2）及氧化物（Na2O），因此要保存在石油中。 2 Na(s)＋O2(g) → Na2O2(s) 4 Na(s)＋O2(g) → 2 Na2O(s)

鈉 實驗完畢後，若有剩餘的鈉，應切成碎片，再投入低溫的乙醇中，使其反應產生乙醇鈉，再以大量清水沖走。 2 C2H5OH(l)＋2 Na(s) → 2 C2H5ONa(s)＋H2(g) 目次 6-2

鈉的化性 鈉與水反應，會產生氫氣，因大量放熱，會引燃氫氣，非常危險。 2 Na(s)＋2 H2O(l) → 2 NaOH(aq)＋H2(g) 當鈉投入氯氣中，會起火燃燒，生成氯化鈉。 2 Na(s)＋Cl2(g)→ 2 NaCl(s) 目次 6-2

鈉的製備 目前工業上製鈉，是對熔融的氯化鈉進行電解。電解前，先將氯化鈉與氯化鈣混合，因依數性質，會使熔點降到 700 ℃以下；電解時，陽極會產生氯氣，陰極得金屬鈉。

鈉的製備 目次 6-2

鈉的化合物：氯化鈉 俗稱食鹽的氯化鈉為最常見的含鈉化合物，通常由蒸發海水或開採鹽礦取得。 氯化鈉除可用來調味及保存食物外，亦為工業上的重要原料，用以製取鈉金屬、氫氧化鈉，碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯氣、鹽酸及漂白粉等。 目次 6-2

鈉的化合物：氫氧化鈉 氫氧化鈉為具腐蝕性的白色固體，俗稱苛性鈉或燒鹼，是工業上重要的化學藥品，一般以電解濃食鹽水製取。氫氧化鈉在空氣中易潮解，也會吸收二氧化碳，而生成碳酸鈉。 2 NaOH(s)＋CO2(g) → Na2CO3(s)＋H2O(l) 氫氧化鈉除了是重要的強鹼外，工業上可用於製造清潔劑、肥皂、紙漿和人造纖維等。 目次 6-2

鈉的化合物：碳酸鈉 碳酸鈉俗稱純鹼、洗滌鹼或蘇打，為白色固體，易溶於水，其水溶液呈鹼性，工業上以索耳未法（Solvay process）製取。先將氨溶解於飽和食鹽水中，再通入二氧化碳氣體，此時會產生碳酸氫鈉的白色沉澱，將沉澱過濾後，加熱即分解成碳酸鈉。 NH3(g)＋CO2(g)＋NaCl(aq)＋H2O(l) → NaHCO3(s)＋NH4Cl(aq)

鈉的化合物：碳酸鈉 產生的二氧化碳可回收再利用，另一產物氯化銨可與氫氧化鈣作用，以製得氨氣再重複使用，故此法僅須添加食鹽及灰石，成本低廉。碳酸鈉除可當硬水軟化劑以沉澱鈣離子和鎂離子外，亦為製造玻璃、紙漿及清潔劑的原料。 目次 6-2

索耳未法製碳酸鈉 目次 6-2

鈉的化合物：碳酸氫鈉 碳酸氫鈉亦稱酸式碳酸鈉，俗稱小蘇打或焙用鹼，為白色固體。 在水中的溶解度比碳酸鈉小，鹼性也比碳酸鈉弱，可作為制酸劑，以中和胃液中過量的鹽酸。 糕餅業者所使用的焙粉即是碳酸氫鈉與弱酸（如酒石酸氫鉀、檸檬汁等）的混合物。 目次 6-2

例題 6-7-Q 在鹽田蒸發海水可得粗鹽，粗鹽中因含少量氯化鎂，故帶苦味，又含氯化鈣，而易潮解，所以必須加以精製。試問如何以化學方法除去粗鹽中的氯化鎂與氯化鈣？

例題 6-7-A 先將粗鹽溶於水，再加入適量碳酸鈉，使鹽水中的鈣離子與鎂離子生成碳酸鹽而沉澱，經過濾去除沉澱後，加熱濾液，使其結晶，即得精鹽。 目次 6-2

2‧鹼土金屬 鹼土金屬（alkaline earth metals）為週期表第2族的元素，包括鈹（Be）、鎂（Mg）、鈣（Ca）、鍶（Sr）、鋇（Ba）及鐳（Ra），有兩個價電子，均為 ns2（n等於 2 至 7）的組態，易失去價電子，形成二價的陽離子。

2‧鹼土金屬 鹼土金屬元素的金屬鍵較鹼金屬強，熔點也較高，固體亦較硬，但活性不及鹼金屬，其氧化物溶於水呈鹼性。 目次 6-2

鎂 鎂為銀白色金屬，自然界中有超過 60種以上的礦物含有鎂離子。鎂離子在海水中的含量，為含量第二高的金屬離子，僅次於鈉離子。

鎂 工業上製鎂，可由電解熔融的氯化鎂製得。鎂燃燒時，會產生強烈白光。因此早期攝影曾以燃燒的鎂粉為照明工具。 目次 6-2

鎂的燃燒及反應 鎂一旦燃燒，即難以撲滅，即使在缺氧的情況下，此時的鎂也可與氮氣、二氧化碳和水反應，唯有以砂覆蓋，使其與空氣隔離，才能滅火。 鎂在室溫時不與水反應，其活性明顯比鈉小，但仍可與熱水反應產生氫氣。 目次 6-2

鎂的合金 合金（alloy）是由金屬與其他金屬或非金屬均勻混合而成，一般而言，合金的熔點與組成的金屬不同，硬度變大，導電度降低。

鎂的合金 合金於日常生活中的應用十分普遍，鎂與鋁形成的鎂鋁合金，雖價格較鋁貴，但強度高、密度小，可作為製造飛機及汽車的材料。 目次 6-2

鎂的化合物：氧化鎂 鎂的化合物中，氧化鎂因為耐高溫（熔點 2852 ℃），可作為爐子的內裡。氫氧化鎂則為鎂乳 的重要成分，為鹼性物質且溶解度較差，可作為胃藥。

鎂的化合物：氧化鎂 因為鎂離子可刺激腸道，有助排便，因此氫氧化鎂可以作為瀉藥之主要成分。七水合硫酸鎂（MgSO4‧7 H2O）也有同樣效果，俗稱瀉鹽。 目次 6-2

例題 6-8 若欲由海水中提取氯化鎂時，通常須加入氫氧化鈣，使其形成氫氧化鎂沉澱，經過濾後，再於固體中加入鹽酸 ，即得氯化鎂。試寫出其反應方程式 MgCl2(aq)＋Ca(OH)2(aq) → Mg(OH)2(s)＋CaCl2(aq) Mg(OH)2(s)＋2 HCl(aq) → MgCl2(aq)＋2 H2O(l) 目次 6-2

例題 6-9-Q 已知室溫時Mg(OH)2的Ksp＝5.6 × 10－12 ，海水中[Mg2＋]＝0.054 M，試求當加入氫氧化鈣使海水pH值大於哪一個數值時會產生Mg(OH)2沉澱？

例題6-9-A 要產生Mg(OH)2沉澱， [Mg2＋][OH－]2 ＞ Ksp  0.054 × [OH－]2 ＞ 5.6 × 10－12 [OH－]＞1.0 × 10－5 M  pOH＜5.0， ∴ pH＞14.0－5.0＝9.0 目次 6-2

3‧鋁 鋁為質輕的銀白色金屬，富延性及展性，為電和熱的良導體。其價電子組態為3s23p1，可失去三個電子而形成三價的鋁，因此鋁亦可當還原劑。 鋁是地殼中存量僅次於氧與矽的元素，通常以氧化鋁的形式存在於鋁礬土（約含80％ Al2O3，其餘雜質主要為 Si、Fe2O3及 TiO2）中。 目次 6-2

鋁的製備 由鋁礬土煉鋁之前，先以熱的氫氧化鈉溶液與鋁礬土混合，鋁礬土中之氧化鋁為兩性物質，故可溶於強鹼氫氧化鈉中。而其主要雜質氧化鐵非兩性物質，無法溶於鹼中，而可與之分離。

鋁的製備 經過濾除去雜質後，將濾液冷卻，並加酸中和即形成白色沉澱（Al(OH)3） ，再加熱除去水分，即得純淨的氧化鋁，由氧化鋁可進一步製鋁。 目次 6-2

鋁的用途 鋁因為質輕且其氧化物會在表面形成薄膜，保護內部，故用途極大，可製造飛機，鋁罐、鋁窗等，其為僅次於鐵之外，用量最大的金屬。 鋁銅合金過去俗稱堅鋁，約含94％鋁及少量銅、鎂、錳，具有質輕而堅韌的特性，是製造飛機等航空器的重要材料。 目次 6-2

氧化鋁 除鋁礬土中含有氧化鋁外，自然界存在的剛玉（corundum）、藍寶石及紅寶石，其主要成分亦為氧化鋁。 剛玉為近乎純氧化鋁所構成的無色晶體；藍寶石呈藍色，除氧化鋁外，尚含微量 Fe2＋（或Fe3＋）及 Ti4＋；紅寶石呈紅色，除氧化鋁外，尚含微量氧化鉻（Cr2O3） 目次 6-2

工業上純化鋁礬土製得氧化鋁的過程 目次 6-2

工業上以霍爾法電解氧化鋁製鋁 陽（＋）極：2 O2－(l) → O2(g)＋4e－ 陰（－）極：Al3＋(l)＋3 e－ → Al(l) 目次 6-2

鋁的化合物：氫氧化鋁 氫氧化鋁 Al(OH)3 為兩性化合物，本身難溶於水，但可與強酸或強鹼作用而溶解。 Al(OH)3(s)＋3 H＋(aq) → Al3＋(aq)＋3H2O(l) Al(OH)3(s)＋OH－(aq) → Al(OH)4－(aq) 氫氧化鋁可作為制酸劑、淨水劑、媒染劑等，可以用鋁礬土和氫氧化鈉混合製取。 目次 6-2

鋁的化合物：明礬 明礬（alum，化學式 KAl(SO4)2‧12 H2O）屬複鹽的一種，可作為淨水劑、媒染劑等，將硫酸鉀和硫酸鋁混合可製得。 化學上將通式類似、晶體結構相同的物質稱為類質同形體（isomorph）。

鋁的化合物：明礬 舉例而言，礬的通式為 IMⅢ(SO4)2‧12 H2O，其中 MI 為一價的陽離子，MⅢ 為三價的金屬陽離子，且其晶形均為八面體。 鉀礬：KAl(SO4)2‧12 H2O及鐵礬：NH4Fe(SO4)2‧12 H2O 都是明礬的類質同形體。 目次 6-2

例題 6-10 礬的通式為 MIMⅢ(SO4)2‧12 H2O，已知銨礬的陽離子為銨和鋁，試寫出其化合物的化學式。 銨礬　NH4Al(O4)2‧12 H2O 目次 6-2

科學家小傳-霍爾 霍爾是美國發明家與工程師，也是音樂愛好者。他最著名的成就是在 1886年提出廉價的製鋁法，使鋁成為繼鐵之後，人類使用最廣的金屬之一。

科學家小傳-霍爾 在1886年霍爾發現通電流於氧化鋁和冰晶石（cryolite，Na3AlF6）的熔融液中，可成功地製得鋁。湊巧與他同年生、同年去世的科學家埃魯（P. Héroult，1863～1914，法國）約在同一時間也發現相同的煉鋁法，因此一般將此法稱為霍爾－埃魯法。 目次

6-3 過渡金屬元素及其化合物 過渡元素 鐵 銅 銀 金 鋅 配位化合物 延伸補給站-錯離子的形狀與順反異構物 順反異構物數目整理 6-3　過渡金屬元素及其化合物 過渡元素 鐵 鼓風爐煉鐵﹑鐵的合金﹑鐵生鏽﹑(例題6-11﹑例題6-12) 銅 銅的合金﹑銅的化性﹑銅的化合物 銀 銀的化合物：硝酸銀﹑碘化銀 金 金的化性﹑例題6-13 鋅 配位化合物 [Ag(NH3)2]＋﹑單牙基 V.S 多牙配位基﹑鉗合物 V.S 配位數﹑原血紅素 V.S 葉綠素﹑錯離子的配位數與形狀﹑例題6-14 延伸補給站-錯離子的形狀與順反異構物 順反異構物數目整理

過渡元素 過渡元素（transition elements）位於週期表中間的過渡元素（transition elements），其特徵為價電子填入 d 軌域，且各元素均為金屬元素。形成化合物時，過渡元素往往可以生成多種氧化數的化合物，且各有不同的顏色。

過渡元素 目次 6-3

1‧鐵 鐵為第 8 族的元素，電子組態為[Ar]3d64s2，是地殼中含量第二高的金屬，僅次於鋁，常以＋2和＋3的氧化數存在，主要礦物有赤鐵礦（Fe2O3）、褐鐵礦（Fe2O3‧3H2O）及磁鐵礦（Fe3O4）等。

1‧鐵 一般使用鼓風爐（blast furnace）煉鐵。原料除鐵礦外，尚需加入煤焦、灰石（CaCO3）及熱空氣。煤焦除可直接作為還原劑外，並能與熱空氣反應，生成一氧化碳，繼續還原鐵的氧化物。 目次 6-3

鼓風爐煉鐵

鼓風爐煉鐵 一氧化碳是氣體，其分子能與鐵礦發生快速碰撞，其作為還原劑之效率比煤焦高。 灰石於爐中分解為氧化鈣，再與雜質（如SiO2）作用，形成熔渣。

鼓風爐煉鐵 熔渣的密度比鐵小，可浮於熔鐵的上面，與產物分離。 鼓風爐煉出來的鐵，含碳量高（3.5～4.5％）， 稱為生鐵。若經冶煉可得較純的鐵，稱為熟鐵（純度接近99.7％）。含碳量適中（2％以下）的鐵，稱為鋼。鐵常與其他元素混合成有用的合金。 目次 6-3

鐵的合金 目次 6-3

鐵生鏽 鐵生鏽的初步階段可以用下圖簡要說明。 事實上鐵(Ⅱ)離子會繼續和空氣中的氧氣作用，進一步變成鐵(Ⅲ)離子，因此鐵鏽才會呈現紅褐色。 因鐵生鏽本質上為氧化還原反應，因此可採用陰極保護法防鏽。

鐵生鏽 陽極：Fe(s) → Fe2＋(aq)＋2 e－ 陰極：O2(g)＋2 H2O(l)＋4 e－ → 4 OH－(aq) 目次 6-3

例題 6-11-Q Fe3O4 與 Fe2O3 都是鐵的氧化物，但是前者的導電能力為後者的 106 倍，科學家認為 Fe3O4 的電子可以在兩種氧化數不同的鐵原子之間跳動，因此導電能力較只有一種氧化數的 Fe2O3 大。試解釋 Fe3O4 的鐵原子的可能氧化數。

例題 6-11-A Fe3O4中的鐵原子平均氧化數為8／3，可能是由其中有Fe(Ⅱ)及Fe(Ⅲ)，兩者的數目為1：2。 目次 6-3

例題 6-12-Q 鐵生鏽是常見的氧化還原反應。反應中，鐵氧化為 Fe2＋(aq)，而氧被還原並與水反應生成 OH－(aq)。Fe2＋(aq)的檢驗可由 Fe2＋(aq)與 K3[Fe(CN)6](aq)反應呈藍色而得知；而 OH－(aq)的檢驗，可由 OH－(aq)遇無色的酚酞呈紅色而得知。

例題 6-12-Q 實驗初始時，王同學將左鐵棒的上、下兩端各聯上一鋅片，而在右鐵棒中段聯上一銅片（如實驗初始圖），王同學將此兩者靜置於含有 K3[Fe(CN)6](aq)及酚酞的混合膠質溶液中。

例題 6-12-Q 經一段時間後，發現圖中的甲、乙、丙、丁、戊、己等六區均有變化，則下列各區的變化，哪些是正確的？　 (A)甲區呈現藍色　(B)乙區呈現紅色 　(C)丙區呈現藍色　(D)丁區產生鐵(Ⅱ)離子　(E)戊區產生銅(Ⅱ)離子

例題 6-12-A 活性愈大的金屬，離子化傾向愈大，本題涉及的三種金屬，活性大小為 Zn＞Fe＞Cu。

例題 6-12-A 鐵棒活性比 Zn小，Fe作為陰極，Zn作陽極。 陽極：Zn → Zn2＋＋2 e－ ，甲、丙區的 Zn2＋遇 K3[Fe(CN)6]，反應生成 Zn3[Fe(CN)6]2，為白色沉澱，選項(A)(C)錯誤。

例題 6-12-A 鐵棒活性比 Zn 小，Fe 作為陰極，Zn作陽極 陰極：O2＋H2O＋2 e－→ 2 OH－， 乙區 OH－(aq)遇無色的酚酞呈紅色，選項(B)正確。

例題 6-12-A 右鐵棒活性比 Cu大，Cu 作為陰極，Fe 作陽極 陽極：Fe → Fe2＋＋2 e－ ， 丁區產生 Fe2＋，選項(D)正確。

例題 6-12-A 右鐵棒活性比 Cu 大，Cu 作為陰極，Fe 作陽極 陰極：O2＋H2O＋2 e－→ 2 OH－， 戊區無 Cu2＋，選項 (E) 錯誤。 ∴選(B)(D) 目次 6-3

2‧銅 銅為週期表第11族的元素，外層電子組態為 3d104s1。 金屬銅的顏色為黃中帶紅，自然界可發現少量元素態的銅，不過大部分的銅是由礦石提煉而得，如赤銅礦（Cu2O）等。

2‧銅 以煤焦冶煉含氧化銅的銅礦後，所得的銅為粗銅，可用電解法加以精煉。 銅的最主要用途為製造電線，由純度較高之銅製成。日常生活中有許多重要的銅合金，如黃銅、青銅與白銅等 目次 6-3

銅的合金 目次 6-3

銅的化性 銅不受稀鹽酸或稀硫酸侵蝕，但可與熱濃硫酸反應，也會和稀硝酸及濃硝酸反應。 Cu(s)＋2 H2SO4(aq) → CuSO4(aq)＋SO2(g)＋2 H2O(l) 銅與稀硝酸反應，生成無色一氧化氮氣體 銅與濃硝酸反應，生成紅棕色二氧化氮氣體。 目次 6-3

銅的化合物 銅在化合物中通常有＋1及＋2兩種氧化數，銅在空氣中受熱時，表面會生成紅色的氧化銅(Ⅰ)及黑色氧化銅(Ⅱ)的混合物，呈暗紅色。

銅的化合物 氧化銅(Ⅰ)又稱氧化亞銅，可作為顏料、殺菌劑。黑色氧化銅(Ⅱ)又稱氧化銅，可作為陶瓷的顏料、也是製造嫘縈（rayon，人造絲）的原料之一。 藍色的硫酸銅晶體（CuSO4‧5H2O）常作為除草劑、殺菌劑及除蟲劑。 目次 6-3

3‧銀 部分銀以元素的形式存在於地殼，其礦物以硫化銀為主，然而大部分的銀是由提煉其他金屬時得到的，如電解粗銅時所產生的陽極泥即含有銀。 銀的主要用途為製造錢幣、銀器和其他銀合金。銀的導電性是所有元素中最好的，可以應用在某些電器及電子零件中。 目次 6-3

銀的化合物：硝酸銀 常見的含銀化合物有硝酸銀（AgNO3）、氯化銀（AgCl）及碘化銀（AgI）等，大多有感光性質。 硝酸銀可由銀和硝酸反應而得，為製造其他含銀化合物的原料。氯化銀可由硝酸銀與氯化鈉水溶液作用而得。 AgNO3(aq)＋NaCl(aq) → AgCl(s)＋NaNO3(aq) 目次 6-3

銀的化合物：碘化銀 碘化銀為黃色固體，由銀離子與碘離子反應而得，可製造人造雨。 目次 6-3

4‧金 金在自然界中以元素狀態存在，為金黃色、柔軟、有光澤的金屬，是延性和展性最好的金屬。 金常和銅、銀形成合金，以開（carat ，k）作為黃金純度的表示方式，純金訂為24 k；若金的含量占50％，則為12 k；而14 k金則含58.3％（14／24）的金及其他金屬（銅或銀）。 目次 6-3

金的化性 金與大多數化學藥品均不發生反應，但可溶於王水。 金的活性小，若能將金奈米化，其活性會變大。奈米金可作為觸媒，其應用日廣，例如把奈米級的金承載到金屬氧化物上，所製成的觸媒，即使在－73℃的低溫，仍可催化一氧化碳的氧化反應。 目次 6-3

例題 6-13 在120克的18 k金中，金的含量約為幾克？ 目次 6-3

5‧鋅 鋅是銀白色金屬，與稀鹽酸或稀硫酸反應，產生氫氣。其3d軌域全滿，使鋅的性質與其他過渡元素不太相同。 鋅在化合物中的氧化數通常是＋2，不像大多數其他過渡金屬有多種氧化數。

5‧鋅 鋅的化合物往往呈白色，不像大多數其他過渡金屬的化合物有許多不同顏色，例如氧化鋅常作為白色顏料，某些日光燈管中的螢光劑則以硫化鋅為主要成分。 目次 6-3

6‧配位化合物 配位化合物（coordination compound）又稱為錯合物，通常是一個具有空價軌域的中心金屬原子或金屬離子，與周圍具有孤電子對之陰離子或分子，結合成複雜的原子團，上述有孤電子對之陰離子或分子，稱為配位基或配位子（ligand）。帶有電荷的配位化合物又稱為錯離子。

6‧配位化合物 AgCl(s)＋2 NH3(aq) → [Ag(NH3)2]＋(aq)＋Cl－(aq) 逐滴加入氨水 目次 6-3

[Ag(NH3)2]＋ 其中 [Ag(NH3)2]＋為錯離子，Ag＋為中心離子，NH3為配位基，[Ag(NH3)2]Cl 為配位化合物。通常把錯離子寫在中括號 [　]之內，非配位基的原子或原子團則寫在中括號外。

[Ag(NH3)2]＋ 當配位化合物溶於水中時，錯離子是一體的，在水中不會解離，非配位基的部分則會與錯離子分離。作為配位基的離子或原子團至少有一個原子具有孤電子對，並且以孤電子對與中心金屬原子形成鍵結。 目次 6-3

單牙基 V.S 多牙配位基 單牙基：只用一個原子與中心原子鍵結的配位基。 多牙配位基：用兩個或多個原子與中心原子鍵結的配位基。

單牙基 V.S 多牙配位基 常見的單牙基及多牙配位基 ▲ 目次 6-3

鉗合物 V.S 配位數 鉗合物：由中心金屬原子或離子與多牙配位基組成的錯合物。 配位數：中心金屬原子或離子與配位基發生配位鍵結的位置總數。

鉗合物 V.S 配位數

鉗合物 V.S 配位數 目次 6-3

原血紅素 V.S 葉綠素 人類的原血紅素（heme）就是一個以鐵(Ⅱ)離子為中心的錯合物 葉綠素（chlorophyll）則是一個以鎂離子為中心的錯合物

原血紅素 V.S 葉綠素 原血紅素及葉綠素（與中心原子鍵結之 N 原子若帶負電，其鍵結以實線表示；與中心原子鍵結之 N 原子若為電中性，其鍵結以虛線表示） 目次 6-3

錯離子的配位數與形狀 目次 6-3

例題 6-14 下列分子或離子，何者不適合在錯合物中作為配位基？ (A) NH3　　(B) CH4　　(C) CN－　　(D) NH4＋　　(E) CO

例題 6-14 各物質的路易斯結構如下，欲作為配位基必須有孤電子對，(B)甲烷及(D)銨根無孤電子對，不適合作為配位基。 目次 6-3

延伸補給站- 錯離子的形狀與順反異構物 錯離子依其形狀及配位基種類，有時候可能出現異構物。 例如配位數為4之錯離子可能形狀為平面四邊形或四面體，若其四個配位基中有兩對相異配位基，可表示為MA2B2，其中M表中心原子，A與B表相異配位基。

延伸補給站- 錯離子的形狀與順反異構物 平面四邊形會有 2 個順反異構物。四面體形，則僅有一種結構，沒順反異構物。

延伸補給站- 錯離子的形狀與順反異構物 科學家發現 [Zn(NH3)2Cl2] 沒有順反異構物，即可推斷它是四面體形。而[Pt(NH3)2Cl2] 有兩種性質不同的順反異構物，必為平面四邊形。

Pt(NH3)2Cl2的順反異構物 目次 6-3

順反異構物數目整理 1. 直線形錯離子，不論其兩取代基是否相同，都沒有順反異構物。 2. 四面體形錯離子，沒有順反異構物。

順反異構物數目整理 3. 平面四邊形錯離子可能有順反異構物，例如四個取代基中若有一對相同（MA2B2或MA2BC型，其中A、B、C表示相異取代基），則一對相同取代基位於中心原子的相鄰位置或對頂位置，將形成順反異構物。

順反異構物數目整理 4. 八面體形的錯離子可能有順反異構物，例如MA4B2、MA3B3或M(AA)2B2型 （其中(AA)表示雙牙基）均有順式和反式異構物各一種。 例如：[Co(NH3)4(NO2)2]＋（MA4B2型）有順反異構物。(如下頁)

順反異構物數目整理 [Co(NH3)4(NO2)2]＋的順反異構物 目次

學習概念圖 The end

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