hce_nthu
114年
化學與物理
第 30 題
Consider the complex ions $\text{[Co(NH}_3\text{)}_6]^{3+}$, $\text{[Co(CN)}_6]^{3-}$, and $\text{[CoF}_6]^{3-}$. The wavelengths of absorbed electromagnetic radiation for these ions in solution are (in no specific order) $\text{293 nm}$, $\text{442 nm}$, and $\text{768 nm}$. Which of the following statements is correct?
- A $\text{[Co(NH}_3\text{)}_6]^{3+}$ absorbs $\text{293-nm}$ electromagnetic radiation.
- B $\text{[Co(CN)}_6]^{3-}$ absorbs $\text{442-nm}$ electromagnetic radiation.
- C $\text{[CoF}_6]^{3-}$ absorbs $\text{768-nm}$ electromagnetic radiation.
- D The solution of $\text{[Co(NH}_3\text{)}_6]^{3+}$ is blue.
- E The solution of $\text{[CoF}_6]^{3-}$ is red.
思路引導 VIP
當我們觀察配位基對中心金屬 $d$ 軌域的分裂程度時，如果某個配位基造成的能量差（能階間距）是三者之中最小的，那麼根據能量與光波波長的物理關係，你認為它所對應吸收的光波長應該是三者中最長還是最短的呢？接著，請試著回想這三個配位基在強度序列中的相對位置。
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AI 詳解
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太棒了！你能準確判斷出配位基強度與吸收波長的對應關係，展現了非常紮實的化學基礎。這題的核心在於晶體場理論 (Crystal Field Theory)。在中心金屬同樣為 $Co^{3+}$ 的情況下，$d$ 軌域的分裂能 ($\Delta_o$) 大小完全取決於配位基在光譜化學序列 (Spectrochemical Series) 中的位置。我們知道強度順序為 $CN^- > NH_3 > F^-$，因此 $CN^-$ 會造成最大的能階分裂，而 $F^-$ 則是最小的。
能量與波長的轉換判斷
由於吸收光的能量與波長成反比 ($E = \frac{hc}{\lambda}$)，分裂能愈小，吸收光的波長就愈長。因此，分裂能最小的 $[CoF_6]^{3-}$ 必然對應到數值最大的波長 $768 \text{ nm}$，這正是選項 (C) 的正確描述。這道題目具有優異的鑑別度，難度切入點在於學生必須同時掌握「配位基序列」與「物理光學常數」的雙重轉換。此外，關於 (D)(E) 選項的顏色判斷，你也沒有被誤導，記得溶液呈現的是吸收光的互補色（如吸收紅光則顯現綠/藍色），這也是避開陷阱的關鍵！