民國115年 高考三級 化學工程 材料化學（包括有機化學、無機化學）
第3題
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： 分別判斷兩錯離子中Co 的氧…
題目
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： 分別判斷兩錯離子中Co 的氧化態與d 電子數。（4 分） 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） 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） 判斷兩錯離子之未成對電子數，並說明其磁性差異。（7 分）
參考解答（AI 生成，非官方）
- 一、氧化態與 d 電子數：兩個錯離子中 F− 與 CN− 均為 −1 配位基，6 個配位基合計 −6；錯離子整體為 −3，故 Co 為 +3。Co3+ 之電子組態為 [Ar]3d6，即 d6；兩者金屬中心相同，差異來自配位場強弱。
- 二、八面體場分裂：六個配位基沿 ±x、±y、±z 接近，金屬 d 軌域分裂為較低之 t2g（dxy、dxz、dyz）與較高之 eg（dx2−y2、dz2），能差為 Δo。F− 為弱場配位基，Δo 小；CN− 為強場配位基，Δo 大，故電子填入方式不同。
- 三、d 電子排列：[CoF6]3− 之 Δo 小於成對能 P，d6 採高自旋，組態 t2g4 eg2；[Co(CN)6]3− 之 Δo 大於 P，d6 採低自旋，組態 t2g6 eg0。前者有 4 個未成對電子，後者全部成對；此即晶場理論（crystal field theory, CFT）之基本預測。
- 四、高/低自旋與 Δo 比較：[CoF6]3− 為高自旋（high spin），[Co(CN)6]3− 為低自旋（low spin）。Δo 大小為 [Co(CN)6]3− > [CoF6]3−。以分子軌域理論（molecular orbital theory, MO）觀點，CN− 具 π* 空軌域，可與金屬 t2g 進行 π 回饋（π-backbonding），使 t2g 相對下降、Δo 增大；F− 為 π 予體，作用相反。
- 五、磁性：未成對電子數 n 與磁矩 μeff ≈ √[n(n+2)] BM。[CoF6]3− 之 n=4，μeff ≈ √24 ≈ 4.90 BM，呈順磁性；[Co(CN)6]3− 之 n=0，μeff=0，呈抗磁性。故兩者磁性差異明顯，可用磁化率測定佐證。
AI 依官方試題文字產生的參考解答，非考選部公告答案，內容僅供備考參考。