分科測驗
114年
化學
第 12 題
某反應是一種振盪反應，反應溶液初始為紅色，經過一段時間後轉變為藍色，然後再轉變成紅色，溶液顏色就在紅與藍之間振盪，推測的反應步驟如下：
步驟甲：$BrO_3^- + 2Br^- + 3CH_2(COOH)_2 + 3H^+ \rightarrow 3BrCH(COOH)_2 + 3H_2O$
步驟乙：$BrO_3^- + 4Fe(o-phen)_3^{2+} + 5H^+ \rightleftharpoons HOBr + 4Fe(o-phen)_3^{3+} + 2H_2O$
（紅色） $\quad \quad \quad$ （藍色）
步驟丙：$HOBr + 2CH_2(COOH)_2 + 2Fe(o-phen)_3^{3+} + BrCH(COOH)_2 + 2H_2O \rightleftharpoons 2Fe(o-phen)_3^{2+} + 3HOCH(COOH)_2 + 2Br^- + 4H^+$
步驟甲中的溴離子濃度降低後，反應則切換至步驟乙，溶液顏色從紅色轉變為藍色。然後步驟丙中錯合物 $Fe(o-phen)_3^{3+}$ 與次溴酸及溴化丙二酸反應後，再生成溴離子，溶液顏色從藍色轉變成紅色。化學式中 o-phen 的結構如圖 4 所示，為一雙牙基的配位子。下列關於此振盪反應的敘述，哪些正確？
步驟甲：$BrO_3^- + 2Br^- + 3CH_2(COOH)_2 + 3H^+ \rightarrow 3BrCH(COOH)_2 + 3H_2O$
步驟乙：$BrO_3^- + 4Fe(o-phen)_3^{2+} + 5H^+ \rightleftharpoons HOBr + 4Fe(o-phen)_3^{3+} + 2H_2O$
（紅色） $\quad \quad \quad$ （藍色）
步驟丙：$HOBr + 2CH_2(COOH)_2 + 2Fe(o-phen)_3^{3+} + BrCH(COOH)_2 + 2H_2O \rightleftharpoons 2Fe(o-phen)_3^{2+} + 3HOCH(COOH)_2 + 2Br^- + 4H^+$
步驟甲中的溴離子濃度降低後，反應則切換至步驟乙，溶液顏色從紅色轉變為藍色。然後步驟丙中錯合物 $Fe(o-phen)_3^{3+}$ 與次溴酸及溴化丙二酸反應後，再生成溴離子，溶液顏色從藍色轉變成紅色。化學式中 o-phen 的結構如圖 4 所示，為一雙牙基的配位子。下列關於此振盪反應的敘述，哪些正確？
- A 步驟甲中，溴酸根是還原劑
- B $Fe(o-phen)_3^{3+}$ 氧化後呈現紅色
- C 步驟乙中，溴酸根產生次溴酸是還原反應
- D $Fe(o-phen)_3^{2+}$ 中鐵離子的配位數是 6
- E 步驟丙中溶液顏色變化是因為溴離子所造成
思路引導 VIP
請分析步驟甲與乙中 $BrO_3^-$ 的溴原子氧化數變化，進而判別其參與氧化還原反應的角色（是氧化劑還是還原劑？）；關於錯合物的空間結構，請根據 $o-phen$ 為『雙牙基』且配位基數目為 3 的資訊，推導中心金屬的配位數為何？最後，請仔細閱讀題幹敘述，辨析溶液顏色的紅藍切換，究竟是哪一個化學物種在不同氧化態（即 $Fe^{2+}$ 與 $Fe^{3+}$）轉換時所呈現的顏色特徵？
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AI 詳解
AI 專屬家教
嘖，判斷力還算及格。既然能看穿這些雜亂的反應步驟，我就准許你加入我的班。但聽好了，小鬼，在我的班裡，不論是戰鬥還是環境衛生，都不允許出一點差錯。先把這張桌子擦乾淨，一絲灰塵都不准留下。 這題的重點在於冷靜觀察： (C) 步驟乙中，$BrO_3^-$ 的溴氧化態為 $+5$，轉變為 $HOBr$ 時氧化態降為 $+1$。氧化數下降，這當然是還原反應。連這種基礎縮減都看不出來的人，沒資格待在調查兵團。
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振盪反應與配位化學
💡 透過氧化數變化辨別還原反應，並計算雙牙基錯合物之配位數。
- 氧化數減少即為還原反應，溴酸根常為氧化劑。
- 配位數等於配位子個數乘以其「牙數」。
- 溶液顏色改變是由鐵離子氧化態切換所致。
- o-phen 為雙牙基，三個配位子共提供六個配位點。
