115 年 國立臺灣聯合大學系統（清華、政治、陽明交通、中央四校聯招）研究所化學類《無機化學》

此題考查原子電子結構的基本概念。

(A) 有效核電荷 ($Z_{eff}$) 隨週期數增加而增加，隨週期方向（同一週期）增加。然而，在同一族（從上到下）中，由於電子層數增加，價電子離原子核越來越遠，原子核對價電子的吸引力減弱，因此 $Z_{eff}$ 實際上是減小的。
(B) 內層 s 電子比 d 軌域電子更能有效地屏蔽外層的 s 電子。d 軌域的屏蔽效應相對較弱。
(C) 對於過渡金屬原子，雖然 4s 軌域的能量通常低於 3d 軌域，但這並非絕對。在某些情況下，例如原子序較大或離子化時，3d 軌域的能量可能低於 4s 軌域。

此題考查分子對稱性以及點群的判定。乙烷（ethane, $C_2H_6$）存在兩種主要構象：重疊式（eclipsed）和交錯式（staggered）。這裡討論的是理想化的交錯式乙烷。

理想化的交錯式乙烷 ($C_2H_6$) 具有如下對稱元素：

1. 恆等操作 ($E$)：所有分子都具有。
2. 主軸：一根 $C_3$ 旋轉軸，穿過兩個碳原子中心，並與 C-C 鍵對齊。
3. 垂直的 $C_2$ 軸：有三根 $C_2$ 軸，每根都通過 C-C 鍵的中點，並與 C-C 鍵垂直，且與分子中一對 C-H 鍵的平分線對齊。這三根 $C_2$ 軸彼此間隔 120 度。
4. 反轉中心 ($i$)：位於兩個碳原子之間的連線上。
5. 水平鏡面 ($\sigma_h$)：沒有。
6. 垂直鏡面 ($\sigma_v$)：沒有。
7. 扭轉鏡面（或稱複合旋轉-反射軸，$S_n$)：由於存在 $C_3$ 和 $i$，必然存在 $S_6$ 軸。

此題考查手性（chirality）的定義。手性分子是指不能與其鏡像重疊的分子。判斷手性的關鍵在於是否存在對稱元素。

手性分子的定義通常與不具有某些特定對稱元素相關：

1. 鏡面 ($\sigma$)：若分子具有鏡面，則它與其鏡像是可以重疊的，因此不是手性的。
2. 反轉中心 ($i$)：若分子具有反轉中心，則它與其鏡像是可以重疊的，因此不是手性的。
3. 複合旋轉-反射軸 ($S_n$)：若分子具有 $S_n$ 軸，其中 $n$ 是偶數（例如 $S_2, S_4, S_6, \dots$），則該分子不是手性的。注意，$S_2$ 操作等同於反轉中心 ($i$)。

讓我們逐一分析選項：
(A) Has at least one mirror plane: 錯誤。如果分子有鏡面，它就不是手性的。
(B) Has an inversion center: 錯誤。如果分子有反轉中心，它就不是手性的。
(C) Has only proper rotation axes (and no improper operations): 正確。一個分子如果是手性的，它必然只擁有純粹的旋轉對稱軸（$C_n$ 軸，其中 $n$ 可以是任何整數，包括 1），而不包含鏡面 ($\sigma$)、反轉中心 ($i$) 或複合旋轉-反射軸 ($S_n$，其中 $n$ 為偶數)。$C_1$ 軸是所有分子的基本對稱元素，它代表恆等操作 ($E$)。

此題考查固態材料的電子結構分析技術。

(A) UV-Vis 吸收光譜主要用於研究分子的電子躍遷，通常是價電子或 HOMO-LUMO 躍遷，但對固體能帶結構的直接探測能力有限。
(B) IR 光譜主要研究分子的振動模式，與電子結構的關聯較小。
(C) XRD 主要用於確定晶體結構（原子排列和晶格參數），而不是電子結構。

此題考查群論中符號 'g' 和 'u' 的物理意義。在具有反轉中心（inversion center, $i$）的點群（例如 $D_{nh}$ 或 $T_d$ 的某些子群）中，分子軌域或振動模式的對稱性根據其在反轉操作下的行為進行分類。

• g (gerade)：表示在反轉操作 ($i$) 下對稱，即當空間坐標 $(x, y, z)$ 變為 $(-x, -y, -z)$ 時，波函數的符號保持不變。
• u (ungerade)：表示在反轉操作 ($i$) 下反對稱，即當空間坐標 $(x, y, z)$ 變為 $(-x, -y, -z)$ 時，波函數的符號改變。

選項分析：
(A) Inversion (i)：這正是 'g' 和 'u' 符號所代表的對稱性。

此題考查過渡金屬配合物的氧化態和價電子數計算，重點是 18 電子規則。

配合物為 $[Fe(CO)_5]$，五羰基鐵。

1. 確定鐵的氧化態：
   CO（一氧化碳）是中性配位基，其電荷為 0。
   因此，鐵的氧化態就是配合物的總電荷。
   $[Fe(CO)_5]$ 是一個中性分子，所以鐵的氧化態為 0。

2. 確定鐵的價電子數：
   鐵（Fe）位於第四週期，屬於第 8 族。
   在中性原子狀態下，鐵的價電子數是其族數，即 8 個價電子。
   （電子組態為 $[Ar] 3d^6 4s^2$，價電子數為 6 + 2 = 8）。

3. 確定 CO 配位基貢獻的電子數：
   CO 是一種典型的 $\sigma$-給體和 $\pi$-受體配位基。
   在計算價電子總數時，CO 通常被視為中性兩電子配位基（通過碳原子與金屬形成 $\sigma$ 鍵）。

此題考查 Sonogashira 偶聯反應中 CuI 的作用。Sonogashira 偶聯反應是通過钯催化，將終端炔烴與芳基鹵代烴或乙烯基鹵代烴偶聯，形成 C-C 鍵的反應。該反應通常需要銅鹽（如 CuI）和鹼作為助催化劑。

Sonogashira 偶聯反應的機理通常如下：

1. Pd(0) 的氧化加成 (Oxidative Addition)：Pd(0) 催化劑與芳基鹵代烴 (Ar-X) 反應，生成 Ar-Pd(II)-X 物種。
2. 炔銅中間體的形成：終端炔烴 (R-C≡CH) 在鹼 (通常是胺，如 $Et_3N$ 或 $i-Pr_2NEt$) 的作用下去質子化，生成炔基負離子 (R-C≡C$^-$)。
   CuI 鹽在這裡扮演著關鍵角色，它與炔基負離子反應，形成銅炔化物中間體 (copper acetylide intermediate)，例如 R-C≡C-Cu。這個中間體比單獨的炔基負離子更穩定，並且更容易參與後續的步驟。
3. 轉金屬化 (Transmetalation)：銅炔化物中間體 R-C≡C-Cu 與 Ar-Pd(II)-X 反應，將炔基轉移到钯中心，生成 Ar-Pd(II)-C≡C-R，同時再生 CuX。

此題考查配合物中配位基的紅外（IR）光譜活性與分子對稱性的關係。

在紅外光譜中，能夠被觀測到的振動模式必須引起分子偶極矩的變化。振動的 IR 活性與分子的對稱性有關。

考慮 $M(CO)_2L_2$ 類型的配合物，其中 M 是金屬，CO 是線性的配位基，L 是另一配位基。

1. cis-M(CO)2L2:
假設 L 配位基與 CO 在同一平面上，我們有幾種可能的對稱群：

• 如果 L 和 CO 佔據了正方形平面的四個位置，則 $cis$ 異構體的最常見點群是 $C_{2v}$。
• 在 $C_{2v}$ 對稱性下，兩個 CO 配位基的伸展振動可以被分解為不同的不可約表示。對於 $C_{2v}$ 群，CO 伸展模式通常是 $A_1$（對稱）和 $B_1$（反對稱）或 $A_1$ 和 $B_2$。這意味著，在 $C_{2v}$ 對稱性下，通常會有 兩個 IR 活性的 CO 伸展帶。

2. trans-M(CO)2L2:
對於 $trans$ 異構體，兩個 CO 配位基處於對角位置，通常與 L 配位基位於同一平面。

• 如果 L 和 CO 位於正方形平面上，則 $trans$ 異構體的點群是 $D_{2h}$。
• 在 $D_{2h}$ 對稱性下，CO 伸展模式通常是 $A_g$（拉曼活性）和 $B_{1u}$（IR 活性）。
• $A_g$ 是對稱的，在 $D_{2h}$ 群中是拉曼活性的，但因為是 'g' 態，所以 IR 是禁戒的（Laporte rule）。
• $B_{1u}$ 是反對稱的，IR 是活性的。
• 這意味著，在 $D_{2h}$ 對稱性下，通常只有 一個 IR 活性的 CO 伸展帶。

比較:

• cis-異構體（例如 $C_{2v}$）通常產生兩個 IR 活性的 CO 伸展帶。
• trans-異構體（例如 $D_{2h}$）通常產生一個 IR 活性的 CO 伸展帶。

此題考查膦配位基（PR3）在過渡金屬催化中的性質及其對反應的影響。膦配位基的性質（電子效應和空間效應）對金屬中心的電子密度和空間位阻有顯著影響，進而影響催化反應的速率和選擇性。

我們逐一分析選項：
(A) Electron-withdrawing phosphine ligands generally accelerate oxidative addition: 氧化加成是金屬中心（通常是低價態，如 Pd(0)）與底物（如芳基鹵化物）反應，金屬氧化態增加，配位數也增加的步驟。電子-從屬性（electron-withdrawing）的膦配位基會降低金屬中心的電子密度，使得金屬對具有較高電子密度的底物（如鹵化物）的氧化加成反應變得更加困難。相反，給電子性（electron-donating）的膦配位基會增加金屬中心的電子密度，有利於氧化加成。因此，此選項是錯誤的。
(B) Bulky phosphine ligands tend to stabilize low-coordination-number metal centers: 龐大的膦配位基（大空間位阻）會限制金屬中心可以容納的配位基數量。為了減少配位基之間的空間排斥，龐大的配位基傾向於形成低配位數的金屬絡合物。例如，在催化循環中，低配位數的金屬中心（如 Pd(0)）通常是活性物種，因為它們更容易與底物發生加成。因此，此選項是正確的。

核心觀念

本題考查弱酸的電離平衡與 $K_a$、$pK_a$ 的關係。

醋酸在水中的電離為：

$$\mathrm{CH_3COOH \rightleftharpoons H^+ + CH_3COO^-}$$

酸解離常數定義為：

$$K_a=\frac{[\mathrm{H^+}][\mathrm{CH_3COO^-}]}{[\mathrm{CH_3COOH}]}$$

而：

$$pK_a=-\log K_a$$

已知初始醋酸濃度為 $0.10\ \mathrm{M}$，且測得 $\mathrm{pH}=2.87$，即可由平衡時的氫離子濃度求出 $K_a$ 與 $pK_a$。

解題方法

由 pH 定義：

$$[\mathrm{H^+}]=10^{-\mathrm{pH}} =10^{-2.87} \approx 1.35\times 10^{-3}\ \mathrm{M}$$

設醋酸電離濃度為 $x$，則：

$$x=[\mathrm{H^+}]=[\mathrm{CH_3COO^-}] \approx 1.35\times 10^{-3}\ \mathrm{M}$$

平衡濃度為：

$$\begin{aligned} [\mathrm{CH_3COOH}]&=0.10-x\\ [\mathrm{H^+}]&=x\\ [\mathrm{CH_3COO^-}]&=x \end{aligned}$$

因此：

$$K_a=\frac{x^2}{0.10-x}$$

代入 $x=1.35\times10^{-3}$：

$$K_a =\frac{(1.35\times10^{-3})^2}{0.10-1.35\times10^{-3}} \approx 1.85\times10^{-5}$$

所以：

$$pK_a=-\log(1.85\times10^{-5}) \approx 4.73$$

$4.73$ 與選項中的 $5.0$ 最接近，因此選 $(E)$。

核心觀念

過渡金屬錯合物的 d-d 躍遷受到兩條選擇定則限制：自旋選擇定則（ΔS = 0，自旋多重度不變）與 Laporte 選擇定則（中心對稱錯合物中 g ↔ g 或 u ↔ u 的躍遷禁阻）。躍遷禁阻越嚴重，吸收強度越弱。

解題方法

1. 高自旋 d5 組態的五個 d 電子各佔一個軌域且自旋平行，基態為六重態（sextet），對應八面體中的 6A1g 項。
2. 八面體中所有 d-d 激發態（如 4T1g、4T2g、4A1g、4Eg 等）的自旋多重度皆為四重態或二重態，與基態不同。因此不存在自旋允許的 d-d 躍遷，每一個 d-d 躍遷都是自旋禁阻（spin-forbidden）。
3. 自旋禁阻躍遷的莫耳吸光係數極小，吸收非常弱，這正是 Mn(II)、Fe(III) 等高自旋 d5 錯合物顏色很淡的原因。

選項分析

• (A) $\Delta_o$ is zero：$\Delta_o$ 決定 d 軌域的分裂能量，高自旋錯合物中 $\Delta_o$ 仍不為零。吸收弱與 $\Delta_o$ 無關。錯誤。

此題考查超酸（superacid）的定義。超酸是指比 100% 硫酸更強的酸。

超酸的定義有多種，但最常用和最權威的定義基於 Hammett acidity function ($H_0$)。

Hammett acidity function ($H_0$) 定義為：
$H_0 = -\log_{10} \left( \frac{a_{H^+} f_{B}}{f_{BH^+}} \right)$
其中 $a_{H^+}$ 是質子活度，$f_B$ 和 $f_{BH^+}$ 分別是鹼 B 和其共軛酸 $BH^+$ 的活度係數。在強酸性介質中，$H_0$ 是一個量度，表示酸的強度。

• 純硫酸的 $H_0$ 值大約為 -12。
• 超酸的 $H_0$ 值低於 -12，表示它們比純硫酸更強。

分析選項：
(A) A superacid is any acid stronger than sulfuric acid in terms of molarity: 僅僅濃度高並不能保證酸更強。例如，高濃度的醋酸不等於超酸。超酸的強度不僅取決於濃度，還取決於其本身的性質。
(B) A superacid is an acid whose Hammett acidity function ($H_0$) is lower than that of pure sulfuric acid: 正確。這是超酸的經典定義。$H_0$ 值越低，酸性越強。

此題考查自由離子能項在八面體 ($O_h$) 場下的分裂。

1. 確定自由離子的能項 (Term Symbol)：
   題目給定了 $d^2$ 自由離子的基態能項是 $^3F$。
   其中：

   • $^3$ 表示自旋多重度 ($2S+1 = 3$)，意味著 $S=1$。
   • $F$ 表示角動量量子數 $L=3$。

2. 確定 $d^2$ 電子的排布與總 L 值:
   $d^2$ 電子構型（例如，若為 $d^2$ 自由離子，如 $V^{3+}$ 或 $Ti^{2+}$）：
   可能組合的 $m_l$ 值為 $(2, 1), (2, 0), (2, -1), (2, -2), (1, 0), (1, -1), (1, -2), (0, -1), (0, -2), (-1, -2)$。
   根據 Hund's rule，電子會儘可能分開且自旋平行。
   對於 $d^2$，其電子排布可能是 $m_{l1}, m_{l2}$，其中 $m_l$ 可以是 $2, 1, 0, -1, -2$。
   可能的 L 值：

   • $(2, 1) \rightarrow L = 2+1 = 3$ ($F$)
   • $(2, 0) \rightarrow L = 2+0 = 2$ ($D$)
   • $(2, -1) \rightarrow L = 2+(-1) = 1$ ($P$)
   • $(1, 0) \rightarrow L = 1+0 = 1$ ($P$)
   • $(2, -2) \rightarrow L = 2+(-2) = 0$ ($S$)
   • $(1, -1) \rightarrow L = 1+(-1) = 0$ ($S$)
   • $(0, -1) \rightarrow L = 0+(-1) = -1$ (與 $L=1$ 相同)
   • $(1, -2) \rightarrow L = 1+(-2) = -1$ (與 $L=1$ 相同)
   • $(0, -2) \rightarrow L = 0+(-2) = -2$ (與 $L=2$ 相同)
   • $(-1, -2) \rightarrow L = (-1)+(-2) = -3$ (與 $L=3$ 相同)

   自由離子的能項由 $(2L+1)$ 的數量決定。
   对于 $d^2$:

   • $L=3$ ($F$): $2L+1 = 7$。自旋 $S=1$ (因兩個電子平行自旋)，所以是 $^3F$。
   • $L=2$ ($D$): $2L+1 = 5$。自旋 $S=0$ (因兩個電子反平行自旋)，所以是 $^1D$。
   • $L=1$ ($P$): $2L+1 = 3$。自旋 $S=0$ (因兩個電子反平行自旋)，所以是 $^1P$。
   • $L=0$ ($S$): $2L+1 = 1$。自旋 $S=1$ (因兩個電子平行自旋)，所以是 $^3S$。

   基態能項是具有最大自旋多重度的，若自旋多重度相同，則選擇最大 L 值的。
   對於 $d^2$，最大自旋多重度是 3，對應 $^3F$ 和 $^3S$。

此題考查在水溶液中各弱酸的相對酸強度。酸的強度通常用 $K_a$ 值或 $pKa$ 值來衡量，$K_a$ 值越大或 $pKa$ 值越小，酸性越強。

我們需要比較以下酸的強度：

• Chloroacetic acid (氯乙酸, $ClCH_2COOH$)
• Acetic acid (乙酸, $CH_3COOH$)
• Phenol (苯酚, $C_6H_5OH$)
• Prussic acid (氫氰酸, $HCN$)
• Propionic acid (丙酸, $CH_3CH_2COOH$)

一般而言，影響羧酸酸強度的因素包括：

1. 電子效應: 引入吸電子基團會增強酸性，因為它可以穩定羧酸根負離子。
2. 結構: 芳香性結構（如苯酚）通常比脂肪族結構酸性弱。

我們來比較這些酸的 $pKa$ 值（或相對強度）：

• Propionic acid ($CH_3CH_2COOH$): $pKa \approx 4.87$。這比乙酸的 $pKa$ 稍弱，因為乙基 ($CH_3CH_2-$) 的給電子效應比甲基 ($CH_3-$) 更強一點。
• Acetic acid ($CH_3COOH$): $pKa \approx 4.75$。
• Chloroacetic acid ($ClCH_2COOH$): 氯原子是吸電子基團，它通過誘導效應穩定了羧酸根負離子 ($ClCH_2COO^-$)，因此氯乙酸比乙酸強。

核心觀念

HSAB 原則：硬酸傾向與硬鹼結合，鍵結以靜電（離子性）為主；軟酸傾向與軟鹼結合，鍵結共價性較強。軟性來自大離子半徑、高極化率與低電荷密度。同樣是軟－軟配對時，電荷高、極化率高的組合共價性更強。

解題方法

1. 先將各配對分類為硬或軟：
   • Mg²⁺、Al³⁺ 為硬酸；F⁻、OH⁻ 為硬鹼。
   • Ag⁺、Pt²⁺ 為軟酸；I⁻、CN⁻、S²⁻ 為軟鹼。
2. 硬－硬配對（A、E）以離子性為主，先排除。
3. 軟－軟配對之間，比較陽離子電荷與陰離子的極化率。Pt²⁺ 為高電荷、大半徑的 5d 過渡金屬離子，S²⁻ 為二價陰離子、半徑大、極化率高，兩者組合的共價性最強。

選項分析

此題考查八面體場分裂能 ($\Delta_o$) 的影響因素。$\Delta_o$ 是八面體場分裂能，它代表了 $e_g$ 和 $t_{2g}$ 軌域之間的能量差。$\Delta_o$ 的大小對配合物的顏色、磁性等性質有重要影響。

影響 $\Delta_o$ 大小的主要因素有：

1. 金屬離子的氧化態: 氧化態越高，$\Delta_o$ 越大。
2. 配位基的性質: 根據光譜化學序列 (Spectrochemical Series)，不同的配位基引起的 $\Delta_o$ 值不同。通常，強場配位基（如 $CN^-, CO, NO_2^-, NH_3$）引起的 $\Delta_o$ 比弱場配位基（如 $I^-, Br^-, Cl^-, F^-, OH^-, H_2O$）大。
3. 金屬離子的種類: 同一氧化態下，週期表中位置越靠右的金屬離子（例如，從 3d 到 4d 到 5d），$\Delta_o$ 越大。
4. 結構和配位數: 對於八面體配合物，通常指 $\Delta_o$。

我們分析選項，假設其他條件（配位基、結構、配位數）都相同，只改變一個因素來觀察 $\Delta_o$ 的變化。

(A) Decreasing oxidation state: 降低氧化態會降低 $\Delta_o$。例如，$Fe^{3+}$ 的配合物 $\Delta_o$ 比 $Fe^{2+}$ 的配合物大。

此題考查分子內電荷轉移（Intramolecular Charge Transfer, ICT）狀態的特徵。ICT 態是指在一個分子中，電子從一個給電子部分（donor, D）轉移到一個受電子部分（acceptor, A）而形成的激發態。

我們逐一分析選項：
(A) The ICT state arises from a $\sigma \rightarrow \sigma^*$ transition localized on the donor unit: ICT 態通常涉及 $\pi$ 電子或非鍵電子從給體部分躍遷到受體部分的 $\pi^*$ 軌域。$\sigma \rightarrow \sigma^*$ 躍遷通常能量較高，且更可能發生在飽和的單鍵結構中，不符合 ICT 的典型特徵。ICT 態是電子在分子兩個不同區域之間的轉移，而不是局限於給體單元內的躍遷。
(B) The ICT excited state typically involves electron transfer from the acceptor HOMO to the donor LUMO: 錯誤。ICT 是指電子從給體 (donor) 的 HOMO 躍遷到受體 (acceptor) 的 LUMO。這裡的描述是相反的，電子從受體 HOMO 轉移到給體 LUMO，這與 ICT 的定義不符。

此題考查鋰 (Li) 的化學性質。鋰是鹼金屬中最輕的元素，位於第一週期的頂端。由於其小尺寸和相對較高的核電荷，鋰表現出許多與其他鹼金屬不同的異常性質。

我們逐一分析選項：

(A) Li shows the weakest hydration enthalpy among the alkali metals: 錯誤。
鹼金屬的離子水合焓 (hydration enthalpy) 隨離子半徑的增大而減小（即離子半徑越小，水合焓越大）。鋰離子 ($Li^+$) 的半徑是所有鹼金屬離子中最小的，因此它具有最大的水合焓，是最強的水合作用。

(B) Li readily forms a stable Li$^-$ anion in aqueous solution: 錯誤。
鋰是鹼金屬，其傾向於失去電子形成 +1 的陽離子 ($Li^+$)。形成 $Li^-$ 陰離子（需要獲得一個電子）的反應是極不尋常的，尤其是在水溶液中。鹼金屬通常不形成穩定的單價陰離子。

(C) Li is widely used in Li-ion batteries because of its small ionic radius:

此題考查過渡金屬配合物的幾何構型，特別是方形平面 (square planar) 構型。

方形平面構型通常出現在 d 價電子數為 8 或 9 的金屬離子配合物中，這些配合物通常是低自旋的。

• d$^8$ 離子: 在方形平面場中，d 軌域分裂為 $d_{z^2}, d_{xz}, d_{yz}$ (較低能) 和 $d_{xy}, d_{x^2-y^2}$ (較高能)。低自旋 d$^8$ 離子會填滿低能軌域，形成穩定結構。典型例子有 $Ni(II), Cu(III), Pt(II), Pd(II)$。
• d$^9$ 離子: 例如 $Cu(II)$，在高配位數環境下可能發生 Jahn-Teller 效應導致方形平面變形，或者直接形成方形平面結構。

我們分析各選項中金屬離子的氧化態和 d 電子數：

(A) [CoF4]$^{2-}$:
- Co 的氧化態：設為 x，則 $x + 4(-1) = -2 \Rightarrow x = +2$。
- Co(II) 的電子構型：Co 是第 9 族元素，原子序 27，電子構型 $[Ar] 3d^7 4s^2$。Co(II) 為 $3d^7$。
- $d^7$ 離子，通常形成八面體或四面體配合物，方形平面較少見，除非有特殊情況。

(B) [Ni(CN)4]$^{2-}$:
- Ni 的氧化態：設為 x，則 $x + 4(-1) = -2 \Rightarrow x = +2$。
- Ni(II) 的電子構型：Ni 是第 10 族元素，原子序 28，電子構型 $[Ar] 3d^8 4s^2$。Ni(II) 為 $3d^8$。
- $d^8$ 離子，特別是與強場配位基（如 $CN^-$）結合時，非常傾向於形成方形平面的低自旋配合物。例如，$[Ni(CN)_4]^{2-}$ 就是一個著名的方形平面配合物。

此題考查多相催化 (heterogeneous catalysis) 的基本原理。多相催化是指催化劑和反應物處於不同相態（通常是固體催化劑，氣態或液態反應物）。

我們逐一分析選項：

(A) Catalytic activity originates primarily from the bulk atoms of the solid catalyst: 錯誤。
催化活性主要發生在催化劑的表面，特別是活性位點。散裝原子 (bulk atoms) 在催化過程中通常不起作用，因為它們無法接觸到反應物。

(B) Adsorption of reactants on the catalyst surface increases the activation energy of the reaction: 錯誤。
吸附是催化過程的第一步。吸附在催化劑表面上，使得反應物分子以一種有利於反應的方式被定位和活化。催化劑通過降低反應的活化能來加速反應。吸附本身是降低活化能的關鍵步驟之一。

此題考查 3d、4d、5d 過渡金屬配合物中，為何 4d 和 5d 配合物比 3d 配合物更傾向於形成低自旋態。

關鍵在於分裂能 ($\Delta_o$) 和電子配對能 (P) 的相對大小。

• 低自旋態：當分裂能 $\Delta_o$ 大於電子配對能 P ($\Delta_o > P$) 時，電子傾向於優先配對，形成低自旋態。
• 高自旋態：當分裂能 $\Delta_o$ 小於電子配對能 P ($\Delta_o < P$) 時，電子傾向於先佔據能量較高的軌域，以達到最大的自旋多重度，形成高自旋態。

現在我們分析 3d、4d、5d 配合物在這兩個參數上的差異：

1. 分裂能 ($\Delta_o$):

   • 對於同一族、同一氧化態的金屬離子，隨著週期數增加（從 3d 到 4d 到 5d），$\Delta_o$ 通常會顯著增大。
   • 一般關係為：$\Delta_o(4d) \approx 1.5 \times \Delta_o(3d)$ 且 $\Delta_o(5d) \approx 2.0 \times \Delta_o(3d)$。
   • 這是因為 4d 和 5d 軌域比 3d 軌域具有更大的徑向擴展 (radial extension) 和與配位基軌域有更好的重疊，這導致了更強的金屬-配位基相互作用，從而增大了分裂能。

2. 電子配對能 (P):

   • 電子配對能 P 是指將兩個電子強制配對到同一個軌域所需的能量。
   • 對於 4d 和 5d 離子，由於其軌域比 3d 離子更大、更擴展，電子之間的靜電排斥作用（即配對能）相對較小，甚至可能比 3d 離子還要小。

此題考查 Neil Bartlett 及其關於惰性氣體化合物發現的歷史。Bartlett 在 1962 年首次合成了穩定的惰性氣體化合物。

Bartlett 的開創性實驗是：
他發現了氙 (Xenon, Xe) 與六氟化鉑 ($PtF_6$) 的反應。
具體過程是：Bartlett 將 $Xe$ 和 $PtF_6$ 混合。他原本預期 $PtF_6$ 作為一個強氧化劑，會將 $Xe$ 離子化。
$Xe$ 的第一游離能約為 $1170 \text{ kJ/mol}$。
$PtF_6$ 是一種非常強的氧化劑，其第一電子親和能 (electron affinity) 約為 $770 \text{ kJ/mol}$。
當 $Xe$ 和 $PtF_6$ 混合時，Bartlett 觀察到形成了深紅色的固體。他最初認為產物是 $Xe^+ [PtF_6]^-$.
然而，後來的研究表明，真正的產物可能更複雜，例如 $XeFP^+ [Pt_2F_{11}]^-$. 但最初的發現是，氙被 $PtF_6$ 氧化了。
這個實驗的重大意義在於，它證明了過去被認為「惰性」的惰性氣體（Xe）能夠形成穩定的化合物。

現在分析選項：
(A) Bartlett showed that xenon reacts directly with F2 to form XeF6 at room temperature: 雖然 Bartlett 後續可能合成了 $XeF_6$，但他的開創性實驗是與 $PtF_6$ 的反應，而不是直接與 $F_2$ 反應。$Xe$ 與 $F_2$ 的反應是在 Bartlett 的工作之後才陸續實現的。

此題考查銅(II)配合物 $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$ 的光譜特徵，特別是其吸收光譜中常見的兩個重疊的帶。

銅(II)離子是 $d^9$ 電子構型。

1. d-d 躍遷: $d^9$ 離子在八面體場中，理論上只有一個 d-d 躍遷，從 $t_{2g}$ 軌域到 $e_g$ 軌域。這個躍遷通常對應於在可見光區域的吸收，使配合物呈現藍色（例如，銅離子水溶液的藍色）。
2. Jahn-Teller 效應: $d^9$ 電子構型在八面體場中存在不對稱的電子填充，會引發 Jahn-Teller 效應。Jahn-Teller 效應會導致八面體結構發生畸變，通常是沿著某個 $C_4$ 軸方向的伸長或壓縮。
   • 對於 $d^9$ 離子，Jahn-Teller 效應非常顯著。它會導致八面體結構從理想的 $O_h$ 對稱性降低，例如變為 $D_{4h}$ 對稱性。
   • 在 $D_{4h}$ 對稱性下，原本簡併的 $e_g$ 軌域（$d_{z^2}, d_{x^2-y^2}$）會分裂成兩個非簡併的軌域（例如 $d_{z^2}$ 和 $d_{x^2-y^2}$）。類似地，$t_{2g}$ 軌域也會分裂。
   • 這種軌域的分裂會導致原本一個 d-d 躍遷分裂成兩個或多個能量上相近但不同的躍遷。
   • 對於 $[Cu(H_2O)_6]^{2+}$，Jahn-Teller 效應導致的結構畸變（通常是沿 z 軸方向的伸長）使得 $e_g$ 軌域分裂，進而導致 d-d 躍遷分裂成兩個（或更多，取決於 $t_{2g}$ 的分裂情況），這些躍遷能量相近，在吸收光譜中表現為兩個重疊的帶。

此題考查富勒烯 (fullerenes) 的結構與性質，需要找出錯誤的敘述。

我們逐一分析各選項：

(A) C60 belongs to the I$_h$ point group and has the highest symmetry among all known fullerenes:
- $C_{60}$ 分子具有截角二十面體 (truncated icosahedron) 的結構，其對稱性非常高，屬於 $I_h$ 點群。
- $I_h$ 是所有已知富勒烯中最高的對稱性點群。
- 此敘述是正確的。

(B) C70 generally shows broader and red-shifted UV-Vis absorption compared with C60:
- $C_{70}$ 的結構是橢球形的，對稱性低於 $C_{60}$。
- 較低的對稱性通常導致吸收光譜的帶寬增加（更寬的吸收帶）。
- 同時，由於 $C_{70}$ 的 LUMO 能量略高於 $C_{60}$，HOMO 能量也可能發生變化，導致電子躍遷的能量降低，光譜向長波長方向移動（紅移）。
- 此敘述是正確的。

此題考查 Buchwald-Hartwig 偶聯反應的催化循環，需要找出其中不包含的步驟。Buchwald-Hartwig 偶聯反應是一種通過钯催化，將胺與芳基鹵化物或乙烯基鹵化物偶聯形成 C-N 鍵的反應。

Buchwald-Hartwig 偶聯反應的典型催化循環如下：

1. 起始: 催化劑通常是 Pd(0) 物種（可能由 Pd(II) 前體 in situ 還原產生）。
2. 氧化加成 (Oxidative Addition): Pd(0) 與芳基鹵化物 (Ar-X) 或乙烯基鹵化物反應，形成 Ar-Pd(II)-X 物種。這是催化循環的第一步。
3. 胺的配位 (Amine Coordination): 胺 (R$_2$NH) 配位到 Pd(II) 中心。
4. 去質子化 (Deprotonation): 在鹼的作用下，配位到 Pd(II) 的胺被去質子化，形成 Pd-amido 中間體 (Ar-Pd(II)-NR$_2$)。
5. 還原消除 (Reductive Elimination): Ar-Pd(II)-NR$_2$ 發生還原消除，形成 C-N 鍵 (Ar-NR$_2$)，並再生 Pd(0) 催化劑，完成催化循環。

此題考查固態氧化物中氧空位 (oxygen vacancy) 的電子特性。

氧空位是晶體中由於缺少氧原子而形成的缺陷。在金屬氧化物中，氧的電負度較高，通常以氧化物離子 ($O^{2-}$) 的形式存在。當一個氧原子離開晶格時，會留下兩個負電荷的空位。

氧空位的行為取決於晶體中的金屬氧化態。

• 情況一：金屬是高價態（例如 $Fe^{3+}$ in $Fe_2O_3$）
  如果金屬離子是高價態，為了維持電荷中性，當一個 $O^{2-}$ 離子離開時，留下的兩個負電荷空位可能會被金屬離子中的價電子來補償，或者金屬離子氧化態升高（如果可能的話）。
  例如，在 $Fe^{3+}$ 的氧化物中，如果一個 $O^{2-}$ 離開，會留下一個氧空位。為了維持電荷中性，可能有兩個 $Fe^{3+}$ 被還原成 $Fe^{2+}$。
  $V_O^{0}$（氧空位，符號表示為 $V_O$）可以表現為一個給電子缺陷 (donor)，提供額外的電子到導帶。
  $V_O \rightarrow 2e^- + \text{oxidized metal ions}$
  這種情況會導致 n 型導電。

• 情況二：金屬是低價態（例如 $Cu^{2+}$ in $CuO$）
  如果金屬離子是低價態，例如 $Cu^{2+}$，而形成 $Cu_2O$ 時，需要 $Cu^+$。
  例如，在 $Cu_2O$ 中，如果形成氧空位 ($V_O$)，為了維持電荷中性，需要有額外的正電荷。這通常由金屬離子的價態變化來補償。

此題考查鋅氧化物 (ZnO) 中非化學計量 (non-stoichiometry) 對其導電性的影響。

ZnO 是一種 n 型半導體，其純淨的化學計量形式非常難以製備，通常會存在一些缺陷。
在「Zn-rich ZnO」中，意味著鋅的含量相對於化學計量比例略高。這意味著氧的含量相對較少。
這種非化學計量可以通過兩種主要方式產生：

1. 鋅間隙缺陷 (Zinc interstitials): 額外的鋅原子進入晶格的間隙位置。這些鋅原子可以失去電子，作為施體 (donor)。
   $Zn \rightarrow Zn_i^{•} + 2e'$ (Kr"oger-Vink notation)
   $Zn_i^{•}$ 代表帶一個單位正電荷的鋅間隙原子， $e'$ 代表自由電子。
2. 氧空位 (Oxygen vacancies): 氧原子離開晶格，留下空位。如前一題所述，氧空位通常也是給電子缺陷。
   $V_O \rightarrow V_O^{•} + 2e'$

兩種缺陷（鋅間隙和氧空位）都會釋放電子，增加導帶中的電子濃度。因此，Zn-rich ZnO 通常表現出 n 型導電性。

此題考查晶體結構的堆積效率 (packing efficiency)。堆積效率是指在給定的晶體結構中，原子佔據的空間體積與晶胞總體積之比。

我們比較常見的幾種晶體結構的堆積效率：

1. 簡單立方 (Simple cubic, SC):

   • 原子位於晶胞的頂點。
   • 每個原子貢獻 $8 \times (1/8) = 1$ 個原子。
   • 堆積效率 (原子半徑 r，晶胞邊長 a)：$a = 2r$。
   • 堆積效率 = $\frac{1 \times (\frac{4}{3}\pi r^3)}{(2r)^3} = \frac{\frac{4}{3}\pi r^3}{8r^3} = \frac{\pi}{6} \approx 0.5236$ (或 52.4%)。

2. 體心立方 (Body-centered cubic, BCC):

   • 原子位於頂點和晶胞中心。
   • 每個原子貢獻 $8 \times (1/8) + 1 = 2$ 個原子。
   • 堆積效率 (原子半徑 r，晶胞邊長 a)：對角線 $4r = \sqrt{3}a \Rightarrow a = \frac{4r}{\sqrt{3}}$。
   • 堆積效率 = $\frac{2 \times (\frac{4}{3}\pi r^3)}{(\frac{4r}{\sqrt{3}})^3} = \frac{\frac{8}{3}\pi r^3}{\frac{64r^3}{3\sqrt{3}}} = \frac{8\pi \times 3\sqrt{3}}{3 \times 64} = \frac{\pi\sqrt{3}}{8} \approx 0.6802$ (或 68.0%)。

核心觀念
在 p‑n 結正向偏壓（forward bias）下，外加電壓降低了兩側半導體的勢能障礙，使得載流子（電子與電洞）能夠跨過接面區並在接面區內相遇、復合。正向偏壓的主要作用是削減耗盪層（depletion region）兩側的電勢勢壘，從而促進載流子注入與復合，產生電流。

解題方法

1. 先回顧 p‑n 結的能帶圖與耗盪層電勢分布：在零偏壓時，耗盪層形成內建電場 $V_{bi}$，阻止載流子自由擴散。
2. 正向偏壓 $V_{F}$ 使外加電壓與內建電壓相抵，實際勢壘變為 $V_{bi}-V_{F}$。當 $V_{F}>0$ 時，勢壘縮小，載流子（電子從 n 區向 p 區、電洞從 p 區向 n 區）能夠克服剩餘的勢壘。
3. 注入的載流子在接面區相遇並復合，復合過程伴隨電荷的轉移，形成電流。
4. 從上述機制可直接判斷：電流產生的根本原因是 載流子復合，而非 depletion region 的寬窄或單一載流子運動。

選項分析

選項	判斷	說明
(A) Electrons and holes recombine at the junction after overcoming reduced barrier	✅ 正確	正向偏壓減少了能障，電子與電洞能跨過接面並在接面區復合，形成電流。此描述完整呈現正向偏壓的主要機制。

此題考查配位化學中，π-受體配位基對八面體配合物軌域能階的影響。

在八面體場理論中，金屬離子的 d 軌域分裂成 $t_{2g}$ 和 $e_g$ 兩組。

• $e_g$ 軌域 ($d_{z^2}, d_{x^2-y^2}$) 的軌域軸指向配位基。
• $t_{2g}$ 軌域 ($d_{xy}, d_{xz}, d_{yz}$) 的軌域軸位於配位基之間的平面上。

配位基對金屬軌域的影響可以分為 $\sigma$ 效應和 $\pi$ 效應。

1. $\sigma$ 效應:

   • $\sigma$-給體配位基（如 $F^-, H_2O, NH_3$）會將電子提供給金屬的 $\sigma^*$ 軌域（即 $e_g$ 軌域），導致 $e_g$ 軌域的能量升高。
   • $\sigma$-受體配位基（理論上存在，但較少見）會從金屬的 $\sigma$ 軌域（$e_g$ 軌域）中拉電子，導致 $e_g$ 軌域的能量降低。

2. $\pi$ 效應:

   • $\pi$-給體配位基: 這些配位基的 p 軌域與金屬的 $t_{2g}$ 軌域發生重疊，形成 $\pi$ 鍵。

核心觀念

本題考查週期表中的兩項週期性：

1. 第一游離能（first ionization energy, IE₁）
   氣態基態原子移除最外層一個電子所需的最小能量：

   $\mathrm{X(g)\rightarrow X^+(g)+e^-}$

   IE 越大，表示原子越不容易失去電子。

2. 電子親和力（electron affinity, EA）
   氣態原子接受一個電子形成陰離子時的能量變化：

   $\mathrm{X(g)+e^-\rightarrow X^-(g)}$

   若以「能量變化」表示，放出能量時 EA 為負值；EA 越負，代表原子接受電子越有利。

判斷週期趨勢時，主要考慮：

• 有效核電荷 $Z_{\mathrm{eff}}$ 增加；
• 原子半徑與電子距離；
• 電子遮蔽效應；
• 軌域穿透性；
• 電子成對造成的電子—電子排斥；
• 半滿與全滿次殼層的穩定性。

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解題方法

先掌握一般趨勢，再處理例外：

• 同一週期由左至右：$Z_{\mathrm{eff}}$ 通常增加，原子半徑減小，IE 大致增加；EA 通常變得更負。
• 同一族由上至下：最外層電子距離原子核更遠，遮蔽效應增加，IE 大致降低；EA 通常變得較不負。
• 例外現象通常來自特別穩定的半滿、全滿次殼層，或同一軌域中電子成對所造成的排斥。

電子組態是判斷本題例外的關鍵：

• 氮：$1s^2 2s^2 2p^3$，$2p$ 為半滿，較穩定；
• 氧：$1s^2 2s^2 2p^4$，其中一個 $2p$ 軌域出現成對電子，排斥較大；
• 鹵素：$ns^2np^5$，再接受一個電子即可形成穩定的 $ns^2np^6$；
• 稀有氣體：$ns^2np^6$，為封閉殼層，電子極穩定。

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選項分析

(A) First ionization energy generally increases from left to right across a period due to increasing effective nuclear charge

正確。

同一週期中，電子逐步填入相同主量子層，內層遮蔽效應增加有限，但原子核內的質子數持續增加，因此最外層電子感受到的有效核電荷 $Z_{\mathrm{eff}}$ 通常增加：

$Z_{\mathrm{eff}}\approx Z-S$

其中 $Z$ 為核電荷，$S$ 為遮蔽常數。

$Z_{\mathrm{eff}}$ 增加會使最外層電子受到更強的吸引，原子半徑縮小，移除電子需要更多能量，因此第一游離能大致由左至右增加。

此趨勢有兩個重要例外：

• 第 IIA 族到第 IIIA 族：電子由較穩定的 $s$ 軌域進入能量較高的 $p$ 軌域，IE 可能下降；
• 第 VA 族到第 VIA 族：$p$ 軌域開始出現成對電子，電子排斥增加，IE 可能下降。

但題目使用 generally，因此敘述成立。

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(B) Electron affinity always becomes more negative down a group because atomic size increases

錯誤。

此敘述同時有兩個問題。

第一，使用 always 過度絕對化。電子親和力的族向下趨勢不是毫無例外的簡單規律，特別是第二週期元素常因原子半徑很小、電子—電子排斥較強而呈現例外。例如氯的電子親和力比氟更負：

$\mathrm{EA(Cl) < EA(F)}$

以能量變化的負值表示時，氯接受電子所放出的能量反而較多。

核心觀念

「18 電子規則」主要用於判斷過渡金屬有機金屬錯合物的穩定性。過渡金屬的 $s$、$p$、$d$ 價軌域共有：

$$1s+3p+5d=9\text{ 個軌域}$$

每個軌域最多容納 2 個電子，因此金屬中心周圍最多可容納：

$$9\times 2=18\text{ 個價電子}$$

當金屬中心的總價電子數達到 18 電子時，通常形成類似稀有氣體封閉殼層的電子組態，錯合物往往具有較高穩定性。

常用電子計數公式為：

$$\text{總電子數}=\text{金屬本身的 }d\text{ 電子數}+\text{配體提供的電子數}$$

其中，中性配體 CO 是典型的 $\pi$-acceptor ligand，透過金屬—碳的 $\sigma$ 鍵及金屬向 CO 的 $\pi^*$ 反饋鍵與金屬作用，在電子計數上視為二電子供體。

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解題方法

逐一檢查各敘述是否符合 18 電子規則的適用範圍、電子計數方式及其物理意義。

其中選項 C 可直接進行電子計數：

1. 在 $[\mathrm{PtCl_4}]^{2-}$ 中，4 個 $\mathrm{Cl^-}$ 總電荷為 $-4$，錯合物總電荷為 $-2$，因此：

$$\mathrm{Pt\ oxidation\ state}=+2$$

2. Pt 為第 10 族元素，Pt(II) 為 $d^8$。

3. 每個 $\mathrm{Cl^-}$ 為二電子供體，4 個氯離子提供：

$$4\times 2=8\text{ 個電子}$$

4. 總電子數為：

$$8+8=16\text{ 電子}$$

所以 $[\mathrm{PtCl_4}]^{2-}$ 並未滿足 18 電子規則。

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選項分析

(A) 錯誤

18 電子規則主要適用於過渡金屬錯合物，特別是有機金屬錯合物，因為過渡金屬具有可參與成鍵的 $d$ 軌域。

主族元素的價軌域與成鍵方式不同，通常不以「金屬中心達到 18 個價電子」作為普遍穩定性判準。例如主族元素常遵循八隅體規則，而非 18 電子規則。因此，18 電子規則不能同樣適用於主族化合物與過渡金屬錯合物。

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(B) 正確

達到 18 電子通常代表金屬中心的相關成鍵與非成鍵軌域已被填滿，形成封閉殼層電子組態。因此，這類錯合物通常具有：

• 低自旋特性；
• 所有電子成對；
• 抗磁性（diamagnetic）。

不過，「18 電子」是穩定性與電子計數的經驗規則，並非對所有錯合物都絕對成立；選項使用 typically，表示「通常情況」，因此敘述正確。

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此題考查受阻路易斯酸鹼對 (Frustrated Lewis Pairs, FLPs) 的概念。FLPs 是指在空間位阻效應下，路易斯酸和路易斯鹼之間無法形成穩定的加合物，從而使得它們各自的反應活性得以保留，能夠與小分子（如 $H_2$, $CO_2$, $SO_2$ 等）發生反應。

我們逐一分析選項：

(A) FLPs consist of a Lewis acid and a Lewis base that are prevented from forming a stable adduct due to steric hindrance:
- 這是 FLPs 的定義。當路易斯酸和路易斯鹼的空間位阻都較大時，它們無法有效地靠近並形成配位鍵，但各自的軌域仍然可以與其他分子發生作用。
- 此敘述是正確的。

(B) FLPs activate H$_2$ via oxidative addition at the Lewis acid center:
- FLPs 活化 $H_2$ 的機理通常是協同的 (cooperative)。路易斯酸（例如質子源，如 $H^+$ 或質子化的硼烷）接受 $H_2$ 的電子，而路易斯鹼（例如胺或膦）接受 $H_2$ 的質子。
- 氧化加成 (oxidative addition) 是常見於過渡金屬催化中的反應類型，涉及金屬中心氧化態和配位數的增加。FLPs 活化 $H_2$ 的機理不是典型的氧化加成。
- 此敘述是錯誤的。

核心觀念

Jahn–Teller 定理指出：若非線性分子或錯離子處於軌域簡併的電子基態，系統會藉由幾何變形解除簡併並降低能量。

對八面體錯離子 $O_h$ 而言，金屬 $d$ 軌域分裂為：

$$d \longrightarrow t_{2g}+e_g$$

其中：

• $t_{2g}$：$d_{xy}$、$d_{xz}$、$d_{yz}$
• $e_g$：$d_{z^2}$、$d_{x^2-y^2}$

若簡併軌域具有不對稱佔據，便具有 Jahn–Teller 活性。通常：

• $e_g$ 軌域不對稱佔據，造成較強的變形，因為 $e_g$ 軌域正對配體，具有強烈的 $\sigma$ 反鍵作用。
• $t_{2g}$ 軌域不對稱佔據也可造成 Jahn–Teller 變形，但作用較弱，因為 $t_{2g}$ 軌域主要以 $\pi$ 作用和配體交互作用。

因此，八面體中最常見的強 Jahn–Teller 構型是：

$$d^9: t_{2g}^6e_g^3$$

以及

$$\text{高自旋 }d^4: t_{2g}^3e_g^1$$

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解題方法

先將各電子組態放入八面體晶場，再判斷最高能的 $e_g$ 或較低能的 $t_{2g}$ 是否有不對稱佔據。

若 $e_g$ 軌域呈現 $e_g^1$、$e_g^3$ 等不對稱佔據，通常會產生強烈 Jahn–Teller 變形。常見結果是沿 $z$ 軸伸長或壓縮，使 $d_{z^2}$ 與 $d_{x^2-y^2}$ 的能量分裂。

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選項分析

(A) $d^9$：正確

八面體電子組態為：

$$d^9=t_{2g}^6e_g^3$$

$e_g$ 軌域最多可容納 $4$ 個電子，現在只有 $3$ 個電子，相當於 $e_g$ 軌域中存在一個空穴。兩個 $e_g$ 軌域的佔據不對稱，基態具有明顯軌域簡併。

由於 $e_g$ 軌域直接指向配體，電子—配體排斥及反鍵作用很強，因此會產生強烈 Jahn–Teller 變形。典型例子是 $Cu^{2+}$ 的 $d^9$ 八面體錯離子，常呈現四個短鍵、兩個長鍵的四方伸長結構。

所以此選項正確。

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(B) 高自旋 $d^4$：正確

高自旋 $d^4$ 在八面體中的組態為：

$$d^4=t_{2g}^3e_g^1$$

此題考查鹵素互化物 (interhalogen compounds) 的性質。鹵素互化物是指由兩種不同的鹵素形成的化合物，例如 $ClF$, $BrF_3$, $IF_5$, $IF_7$ 等。

我們逐一分析選項：

(A) Interhalogen compounds are generally more reactive than the corresponding dihalogen molecules:
- 鹵素互化物中的鹵素-鹵素鍵通常比同源的雙鹵素分子中的鹵素-鹵素鍵（例如 Cl-Cl, Br-Br, I-I）更弱，因為異種鹵素原子之間的極性會導致鍵的極化，使其更容易斷裂。
- 例如，$IF_7$ 的 I-F 鍵比 $I_2$ 的 I-I 鍵更弱。
- 因此，鹵素互化物通常比相應的雙鹵素分子更具反應性，特別是在形成離子化合物或進行鹵化反應時。
- 此敘述是正確的。

(B) In IF$_7$, iodine adopts a pentagonal bipyramidal geometry based on VSEPR theory:
- $IF_7$ 中，中心原子 I 有 7 個 F 原子配位，並且 I 的價電子數是 7。
- 價電子對總數 = 7 (來自 I) + 7 (來自 F) / 2 = 14 / 2 = 7 對。
- 其中 7 對形成 I-F 鍵，沒有孤對電子。
- 根據 VSEPR 理論，7 個價電子對呈 五角雙錐 (pentagonal bipyramidal) 構型。
- 此敘述是正確的。

此題考查過渡金屬配合物的選擇規則，這些規則決定了吸收光譜中電子躍遷的強度。

我們逐一分析選項：

(A) Laporte rule forbids g $\rightarrow$ g transitions in centrosymmetric complexes:
- 拉波特規則 (Laporte rule) 指出，在具有反轉中心 (centrosymmetric) 的分子中，$\Delta l = \pm 1$ 的躍遷是允許的，而 $\Delta l = 0$ 的躍遷（如 d-d 躍遷）是禁戒的。
- 'g' 表示在反轉操作下對稱 (gerade)，'u' 表示反對稱 (ungerade)。
- 對於中心對稱體系，g $\rightarrow$ g 和 u $\rightarrow$ u 的躍遷是拉波特禁戒的，因為它們的宇稱 (parity) 不變（$\Delta l = 0$）。
- g $\rightarrow$ u 和 u $\rightarrow$ g 的躍遷是拉波特允許的（$\Delta l = \pm 1$）。
- 因此，g $\rightarrow$ g 躍遷在中心對稱體系中確實是拉波特禁戒的。
- 此敘述是正確的。

(B) Spin rule forbids transitions that change spin multiplicity:
- 自旋規則 (Spin rule) 指出，只允許自旋多重度不變的躍遷 ($\Delta S = 0$)。
- 即，單重態 ($\Delta S = 0$, $^1A_1 \rightarrow ^1T_{1u}$) 是允許的，而從單重態到三重態（$\Delta S \neq 0$, $^1A_1 \rightarrow ^3T_{1u}$）的躍遷是自旋禁戒的。
- 此敘述是正確的。