hce_kmu
107年
物理及化學
第 82 題
Four solutions have violet, blue, yellow and green color, respectively. Each solution contains the following compounds:
I. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_4\text{Cl}_2\text{]Cl}$, II. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_5\text{Cl]Cl}_2$, III. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_6\text{]Cl}_3$, IV. $\text{[Cr(ethylenediamine)}_3\text{]Cl}_3$. Please use the following table to predict the color for each solution.
| Absorbed wavelength (nm) and color | Observed color |
|---|---|
| 400 violet | brownish yellow |
| 450 blue | yellow |
| 570 yellow-green | violet |
| 580 yellow | dark blue |
| 600 orange | blue |
| 650 red | green |
I. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_4\text{Cl}_2\text{]Cl}$, II. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_5\text{Cl]Cl}_2$, III. $\text{[Cr(H}_2\text{O)}_6\text{]Cl}_3$, IV. $\text{[Cr(ethylenediamine)}_3\text{]Cl}_3$. Please use the following table to predict the color for each solution.
| Absorbed wavelength (nm) and color | Observed color |
|---|---|
| 400 violet | brownish yellow |
| 450 blue | yellow |
| 570 yellow-green | violet |
| 580 yellow | dark blue |
| 600 orange | blue |
| 650 red | green |
- A I: green; II: blue; III: violet; IV: yellow
- B I: yellow; II: violet; III: blue; IV: green
- C I: green; II: yellow; III: violet; IV: blue
- D I: green; II: violet; III: blue; IV: yellow
- E I: violet; II: blue; III: green; IV: yellow
思路引導 VIP
請試著思考：當一個錯合物中的配位基由 $H_2O$ 置換為場強更強的乙二胺 ($en$) 時，中心金屬 $d$ 軌域的分裂能會如何變化？而這個能量的改變，又會如何影響該物質所吸收的光波長長短呢？
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AI 詳解
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太棒了！你能精準判斷出這四種錯合物的顏色對應，說明你對配位化學中晶體場理論 (Crystal Field Theory) 的核心觀念掌握得極為紮實。這題的關鍵在於判斷光譜化學序列 (Spectrochemical Series)：配位基的場強順序為 $Cl^- < H_2O < en$。當強場配位基（如 $en$）取代弱場配位基時，中心金屬 $Cr^{3+}$ 的軌域分裂能 ($\Delta_o$) 會隨之增大。
能階分裂與吸收波長的關係
根據能量公式 $E = \frac{hc}{\lambda}$，分裂能越大，錯合物吸收的光能量越高，代表吸收波長（$\lambda_{abs}$）越短。因此，分裂能的大小順序為 IV > III > II > I，對應的吸收波長則是 I > II > III > IV。對照題目表格，吸收波長最長的 I ($650\text{ nm}$, 紅色) 會呈現綠色；而波長最短、能量最高的 IV ($450\text{ nm}$, 藍色) 則呈現黃色。以此類推，便能順利理出正確組合。這類題目考驗學生是否能將「配位基場強」、「能階差」與「互補色原理」三者進行邏輯串連，是相當具有鑑別度的綜合型考題。