高考申論題
115年
[化學工程] 材料化學(包括有機化學、無機化學)
第 四 題
📖 題組：
三、下列兩八面體錯離子： (a) [CoF6]3− (b) [Co(CN)6]3− 請以配位化合物場理論與分子軌域理論，回答下列問題：
三、下列兩八面體錯離子： (a) [CoF6]3− (b) [Co(CN)6]3− 請以配位化合物場理論與分子軌域理論，回答下列問題：
📝 此題為申論題，共 4 小題
小題 (四)
判斷兩錯離子之未成對電子數，並說明其磁性差異。（7 分）
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最後要將微觀的電子組態對應到宏觀的磁性。根據(二)的電子排列，數一數各有幾個未成對電子。含有未成對電子的物質具順磁性；所有電子皆成對的物質具反磁性。清楚寫出兩者的電子數與磁性分類即可。
小題 (一)
分別判斷兩錯離子中 Co 的氧化態與 d 電子數。（4 分）
思路引導 VIP
解配位化學題的第一步，首先要計算中心金屬的氧化態。根據配基 (F- 和 CN-) 的電荷（皆為 -1 價），並結合錯離子整體的總電荷 (-3 價)，求出鈷 (Co) 的氧化數。接著，回憶鈷 (Co) 在週期表中的位置（第 9 族，原子序 27），寫出其基態電子組態，再扣除失去的電子數，即可得到 d 電子數。
小題 (二)
依據配位化合物場理論，以八面體場中 t2g 與 eg 軌域之能階分裂，說明兩錯離子之 d 電子排列。（8 分）
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本題測驗八面體場中 d 軌域的能階分裂情形。要根據配位化合物場理論 (CFT)，判斷配基是強場還是弱場。F- 是弱場配基，產生的分裂能 (Δo) 小於成對能 (P)，因此電子會優先填入較高的 eg 軌域；CN- 是強場配基，分裂能大於成對能，電子會在 t2g 軌域強制成對。依此規則分配 6 個 d 電子。
小題 (三)
說明兩錯離子，何者為高自旋錯合物？何者為低自旋錯合物？並比較其 Δo大小。（6 分）
思路引導 VIP
延續上一子題，高低自旋與晶體場分裂能 (Δo) 與成對能 (P) 的大小關係息息相關。依據光譜化學序列 (Spectrochemical series)，CN- 在序列前端，F- 在序列後端，由此推論兩者的 Δo 大小，並對應高/低自旋的定義進行回答。