第二章 红外光谱
(高校教师研究生班)
红外光谱(IR)：一种分子吸收光谱，又称为分子的振—转光谱。 当用连续波长的红外光照射某一物质时，该物质就吸收一定波长的红外光的光能，并将被吸收的光能转化为分子的振动和转动能。以波长为横坐标，百分吸光率或百分透过率为纵坐标把谱图记录下来，就可以得到该物质的红外光谱。
表2.1 红外光谱的分类
大多数的有机化合物和许多无机化合物的化学键的振动基频都出现在中
红外区。中红外的吸收光谱在化合物的结构解析和定量分析方面有重要的意义，所以中红外是我们研究的主要对象。
用频率表示红外光谱不方便，通常用波数（cm -1）表示，波数与波长的关系为：
波数[cm -1
] =波长
4
10
波长的单位是微米(μm)； 1cm =104 μm 即1 cm 内有多少个波数
2.1 基本原理
2.1.1 分子的振转光谱
分子总是在不断地运动，各种运动状态都有一定的能态。
分子的总能量为：E = E 0+ E 平 + E 转 + E 振 + E 电 E 0—分子的内能，其能量不随分子的运动而改变。
E 平——是温度的函数，平动时不产生偶极矩的变化，无红外吸收。
所以红外光谱只与分子的转动能、振动能和分子内电子的运动能有关。 分子可以吸收红外光的辐射能从低能态跳到高能态，但不是任意的，必须满足量子化条件（选律）。不论是振动能还是转动能，都有能级差（ ），只有当辐射光光子的能量正好等于两能级间的能量差时，分子才能吸收辐射能从低能级跳到高能级，产生吸收光谱。
振动能级的 = 0.5～1 eV , 中红外光的辐射能正好在此范围。 当振动发生时总伴随有转动能级产生，所以，IR 光谱称为振—转光谱。
2.1.2 双原子光谱的振动光谱
对于双原子分子(以HCl 为例)，可看把两个原子看成质量不等的两个 小球m 1和m 2 ，把它们的化学键类比为 质量可以不计的弹环，两原子在平衡位置 的振动可以近似为简谐振动，根据虎克定 律，简谐振动的频率为：
μ
κ
π
υ21
=
（2.1） 用波数(cm -1)表示为： υ
（cm -1）=
μ
κ
πc 21 （2.2）
式中： C —光 速
κ—力常数 [单键约为5×102 N ·m -1；双键和三键是单键的2倍或3倍] μ—折合质量：μ= m 1·m 2 / m 1+ m 2 [ m 1、m 2 是两个原子的质量（克）]
已知：
130421=c π； κ=5.1 （毫达因/埃）； 972.05
.3515
.351=+?=μ（HCl ）
根据[2.2]式： υ
(cm -1) = 1304
972
.01
.5=2990 [cm-1] 实际测得HCl 分子的H 、Cl 伸缩振动频率为2886cm -1。表明：把双原子
E E m 1
2
m
分子示作偕振子，利用经典力学讨论双原子分子的振动，能基本说明分子振动光谱的主要特征。可以粗略地计算双原子分子或多原子分子中双原子化学键的振动频率。
例1：计算 C=O 双键的伸缩振动频率。已知k=12.06；μ=6.85
υ
(cm -1) = 1304
85
.606
.12=1724 [cm-1]
例2：计算 CN 三键的伸缩振动频率。已知k=15；μ=6.46
υ
(cm -1) = 130446
.615
=1987 [cm-1]
2.1.3 多原子分子的振动光谱
由于多原子分子有多个原子，加之排列方式的相互影响，使光谱变得十分复杂。但也正是由于这中谱图的复杂性才包纳了大量的结构性息。
1、 振动型式的表示
伸缩振动(υ) — 键长变化，键角不变化。
伸缩振动(υ)： υas 不对称伸缩振动(反对称伸缩振动) υs 对称伸缩振动
特 征： 双原子分子只有一种伸缩振动形式。当一个中心原子与两个
以上相同原子相连时，就会有不对称与对称伸缩振动。
弯曲振动：原子垂直于价键的振动，键长不变，键角发生变化，又称 变形振动。
弯曲振动有如下几种具体的振动形式：
δ： 剪式振动（面内变形振动） γ： 面内摇摆振动
ω： 面外摇摆振动（面外变形振动）
τ：扭曲振动
δs对称变形（弯曲）振动
δas 不对称变形（弯曲）振动
以甲基、亚甲基为例
—CH3：νS：对称伸缩振动：2872cm-1
νas：不对称伸缩振动：2962cm-1
δS：对称弯曲振动：1380cm-1
δas：不对称弯曲振动：1460cm-1
—CH2：νS：对称伸缩振动：2853cm-1
νas：不对称伸缩振动：2926cm-1
δ：剪式振动（面内变形振动）：1465cm-1
γ：面内摇摆振动：720cm
ω：面外摇摆振动：1300cm-1-1
τ：扭曲振动：1250c
2 基本振动数
基本振动—简正振动，又称振动自由度
N个原子组成的分子有3N个自由度。分子本身从整体考虑就有三个平动自由度和3个转动自由度（线性分子为2个），所以分子的振动自由度为：3N－6个自由度（线性分子为3N－5）。
例如：
HCl 分子振动自由度=3×2－5 = 1
H2O 分子振动自由度=3×3－6=3
分子有多少个振动自由度就有多少个简正振动数，就有多少个简正振动频率。
多原子分子的红外光谱有时很复杂，除了基频以外〈简正振动频率〉还可以出现倍频、组频、差频吸收带。〈峰较弱〉
倍频：为基频的倍数。〈2ν1，2ν2…〉
差频：两个频率的差〈ν1－ν2，ν3－ν4…〉
组频：两个或多个频率之和〈ν1＋ν2，ν1＋ν3…〉
虽然这些峰强度较弱，但有时可以反映出某些结构特征。（取代苯在2000—1600cm-1的谱带）
3选律和对称性
通常，基频谱带的数目总是少于理论数
例如：CO2有四个自由度〈四种振动形式〉，而实际上只有二个红外吸收谱带，这与分子能级跃迁的选律和分子的对称性有关。
量子力学和实验结果证明：只有偶极矩发生变化的振动才有红外吸收，这种振动为红外活性振动。
红外吸收的实质是振动分子与红外辐射发生能量交换的结果。当两个原子组成的化学键在键轴上振动时，伴有偶极矩的变化，电荷分布发生变化，产生瞬间变化的电磁场，当这个交变磁场的频率正好等于红外辐射光的频率时，就会产生红外吸收。
具有永久性偶极矩的分子或化学键总是有红外吸收的。如：NO ，HCl ，C=O …
能产生瞬间偶极矩的分子或化学键也有红外吸收。如CO 2
没有偶极矩变化的分子不吸收红外辐射。如H 2，N 2，O 2
对称取代的化学键在振动时没有偶极矩的变化，也观察不到红外吸收光谱。
简并：吸收频率相同的两个谱带重迭的现象。
引起谱带减少的原因之一。
对于有重复结构单元的高分子，大分子易引起谱带的重迭而发生简并。 2、 吸收谱带和强度
化学键的极性愈大，振动时偶极矩变化愈大，吸收谱带（的强度）越强。
C=O ，SiO ，C －Cl 有很强的IR 吸收带 C=C ，C －C ，C －N 其伸缩振动吸收带很弱。
分子对称性愈高，振动时偶极矩变化越小，吸收谱带越弱。
三氯乙烯 四氯乙烯 三氯乙烯在ν
（C=C ）1585cm
-1
有吸收带，而四氯乙烯由于（全对称），C=C 键
是全对称的伸缩，所以在1585cm -1处观察不到吸收带。（但有拉曼光谱）
吸收带强弱的表示方法： 很强：VS 强： S 中： m 弱： w 宽： b
2.2 基本特征频率分组
2 . 2.1 第一组：3650～2500 cm-1
特征基团振动形式范围(cm-1) OH υO-H3650～3200
COOH υO-H3560～2500
NH2，NH υN-H3500～3200
=C-H υ=C-H 3100～3000
C-H υC-H3000～2840 2. 2. 2 第二组：2300～1900 cm-1
特征基团振动形式范围(cm-1) 炔基R-C≡C-H υC≡C 2160～2120
R-C≡C-R＇υC≡C 2050～2000
R-C≡C-R ——无吸收带
腈基R-C≡N υC≡N2270～2200
积累双键：在此范围有强的不对称与对称伸缩振动吸收
(亚胺) N=C=N υ N=C=N 2160～2120 (烯亚胺) C=C=N υ C=C=N 2050～2000 (重氮化合物) C=N=N υ C=N=N 2132～2012 (叠氮化合物) N=N-N υ N=N=N2160～2120 (异氰酸酯) N=C=O υ N=C=O2280～2250 (异硫氰酸酯) N=C=S υ N=C=S2100左右(丙二烯) C=C=C υ C=C=C1950左右
C O
R
R Cl
R Cl
Cl F
F C O
C O
C O
CH 2
CH 2C O
CH CH CH C O
2. 2. 3 第三组： 1900～1500 cm -1
特征基团 振动形式 范围(cm -1)
烯 键 C=C υ C=C 1680～1620 苯环骨架 C=C υ C=C 1600～1500 亚胺，吡啶类 C=N υ C=N 1680～1500 羰 基 C=O υ C=O 1900～1600
羰基在此范围内有强吸收带，干扰较少易于识别。受不同基团的影响，吸收波数有明显的差别，包含了许多的结构信息。 影响羰基吸收峰位移的主要因素有：
(1) 诱导效应—吸电子作用使得C=O 双键性增强，力常数变大，引起吸收
频率向高波数移动。取代基的电负性越强，或取代基的数目越多，向高波数方向位移的值也越大。
以丙酮的C=O 吸收频率(1715cm -1)作参考标准： 基 团
υ C=O 1715 1802 1828 1928
(2) 共轭效应
π—π共轭—当C=O 与不饱和的双键、三键、苯环共轭时，形成大π键，
电子云密度趋于平均化，导致C=O 的力常数减小，吸收峰向低波数方向移动。
例：
1725～1705
1685～1665
CH CH CH CH C O
C O
R C
O
2
C O R
C O
R ..
O R C
O
R
.CH CH
2
C
O
R
1670～1660
1700～1680
1670～1660
P —π共轭—具有孤对电子的原子与C=O 共轭。孤对电子向羰基上偏
移，羰基上的电子云又向氧原子上偏移，使羰基的双键性减弱，力常数减小，吸收频率向低波数移动。
由于N 原子上的P 电子(孤对电子)与C=O 共轭，
导致酰胺C=O 的吸收波数(1680 cm -1)明显地低于一般羰基(1715 cm -1)。
注 意：在一个化合物的结构之内，可能存在多种作用的同时影响。
酯羰基比酮羰基具有更大的吸收波数是因为O 原子即提供孤对电子又具有很强的电负性。在此，诱导效应起到了主导作用。
υ C=O ：～1735 cm -1
醋酸乙烯酯、醋酸苯酯比一般的酯C=O 高出约35个波数，其原因
为两个相反的共轭结构作用力互相抵消，此时诱导效应起到了支配作用。
υ C=O ：1776 cm -1 υ C=O ：1770 cm -1
R O R
C R O R
C O O
O
O
O
O O
O
O
O NH
O
NH
O
NH
O ～cm
1
1800～cm
1
1775～cm 1
1745～cm
1
1710～cm
11820～cm
1
1770～cm
1
1735～cm
1
1745～cm
1
1705～cm
1
1665 (3) 环的张力—张力越大，羰基的吸收频率(波数)也越大。 通常，环愈小则张力就愈大，吸收波数愈大。
(4) 振动偶合—具有对称性而靠近的两个基团，如果它们的吸收频率
接近，就会互相作用，引起特征频率发生变化的现象。
结果是一个移向高波数，另一个移向低波数。 例：羧酸酐
υ as (C=O)：1828 cm -1 υ s (C=O)：1750 cm -1
COOH COOH
COOH
COOH CH
R CH 2CH 2
cm
cm
cm
cm
1
17401
17101
17801
1700C R O
O
C
R
O
O
二元酸：
羧酸盐：
υ as (C=O)：1650～1550 cm -1 υ s (C=O)：1440～1360 cm -1
2. 2. 4 第四组： 1500 cm -1以下(指纹区)
该区多为单键的伸缩振动与弯曲振动，对分子结构很敏感，结构中的
微细差别都可能导致谱图明显的差异，故称之为指纹区。 (1) CH 3、CH 2的不对称与对称弯曲振动： 1460、1380 cm -1 (2) 烯烃的(=C-H)的面外弯曲振动： 1000～650 cm -1 (3) 芳环的(=C-H)的面外弯曲振动： 910～650 cm -1 (4) C-O 的伸缩振动(强而宽，很有实用价值)：1200 ～1000 cm -1 (5) 硝基的不对称与对称伸缩振动： 1560、1350 cm -1
红外光谱习题 一． 选择题 1．红外光谱是（AE ） A ：分子光谱 B ：原子光谱 C ：吸光光谱 D ：电子光谱 E ：振动光谱 2．当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（ACE ） A ：吸收光子的能量越大 B ：吸收光子的波长越长 C ：吸收光子的频率越大 D ：吸收光子的数目越多 E ：吸收光子的波数越大 3．在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（AC ） A ：乙炔分子中对称伸缩振动 B ：乙醚分子中不对称伸缩振动 C ：CO 2分子中对称伸缩振动 D ：H 2O 分子中对称伸缩振动 E ：HCl 分子中H －Cl 键伸缩振动 4．下面五种气体，不吸收红外光的是（D ） Ａ：O H 2 Ｂ：2CO Ｃ：HCl Ｄ：2N 5 分子不具有红外活性的,必须是（D ） Ａ：分子的偶极矩为零 Ｂ：分子没有振动 Ｃ：非极性分子 Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化 Ｅ：双原子分子 6．预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ACD ） Ａ：Ｏ－Ｈ伸缩振动数在4000～25001 -cm B:C-O 伸缩振动波数在2500～15001 -cm C:N-H 弯曲振动波数在4000～25001 -cm D:C-N 伸缩振动波数在1500～10001 -cm E:C ≡N 伸缩振动在1500～10001 -cm 7.下面给出五个化学键的力常数,如按简单双原子分子计算,则在红外光谱中波数最大者是（B ） A:乙烷中C-H 键,=k 5.1510?达因1 -?cm B: 乙炔中C-H 键, =k 5.9510?达因1 -?cm
C: 乙烷中C-C 键, =k 4.5510?达因1 -?cm D: CH 3C ≡N 中C ≡N 键, =k 17.5510?达因1 -?cm E:蚁醛中C=O 键, =k 12.3510?达因1 -?cm 8．基化合物中,当C=O 的一端接上电负性基团则（ACE ） A:羰基的双键性增强 B:羰基的双键性减小 C:羰基的共价键成分增加 D:羰基的极性键成分减小 E:使羰基的振动频率增大 9．以下五个化合物,羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是（E ） A: B: C: D: E: 10．共轭效应使双键性质按下面哪一种形式改变（ABCD ） Ａ：使双键电子密度下降 Ｂ：双键略有伸长 Ｃ：使双键的力常数变小 Ｄ．使振动频率减小 Ｅ：使吸收光电子的波数增加 11．下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是（E ） A: B: C: D: E: 12．下面四个化合物中的C=C 伸缩振动频率最小的是（D ） A: B: C: D: 13．两 个化合物(1) ,(2) 如用红外光谱鉴别,主要依 据的谱带是（C ）
1009 在红外光谱分析中，用KBr制作为试样池，这是因为：( ) (1) KBr 晶体在4000～400cm-1范围内不会散射红外光 (2) KBr 在4000～400 cm-1范围内有良好的红外光吸收特性 (3) KBr 在4000～400 cm-1范围内无红外光吸收 (4) 在4000～400 cm-1范围内，KBr 对红外无反射 1022 下面给出的是某物质的红外光谱（如图），已知可能为结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪 一结构与光谱是一致的？为什么？( ) 1023 下面给出某物质的部分红外光谱（如图），已知结构Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ，试问哪一结构 与光谱是一致的，为什么？
1068 一化合物出现下面的红外吸收谱图，可能具有结构Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ或Ⅳ，哪一结构与 光谱最近于一致？ 1072 羰基化合物 R C O O R(I),R C O R? (￠ò), R C O N H R(I I I), A r S C O S R(I V) 中，C = O 伸缩振动 频率出现最低者为( ) (1) I (2) II (3) III (4) IV 1075 一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为( ) (1) 玻璃(2) 石英(3) 卤化物晶体(4) 有机玻璃1088 并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为( ) (1) 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 (2) 分子中有些振动能量是简并的 (3) 因为分子中有C、H、O 以外的原子存在
(4) 分子某些振动能量相互抵消了 1097 下列四组数据中，哪一组数据所涉及的红外光谱区能够包括 CH 3- CH 2-CH = O 的吸收带 ( ) 1104 请回答下列化合物中哪个吸收峰的频率最高？ ( ) (1) R C O R (2) C O R (3) C O (4) F C O R 1114 在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C ＝O 伸缩振动频率出现最高者为( ) (1) 气体 (2) 正构烷烃 (3) 乙醚 (4) 乙醇 1179 水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动 ? ( ) (1) 2 个，不对称伸缩 (2) 4 个，弯曲 (3) 3 个，不对称伸缩 (4) 2 个，对称伸缩 1180
第二章振动光谱作业 1．红外光区的划分？ 红外光按波长不同划分为三个区域：近红外区域（1-2.5微米）/中红外区域（2.5-25微米）/远红外区域（25-1000微米） 2．振动光谱有哪两种类型？多原子分子的价键或基团的振动有哪些类型？同一种基团哪种振动的频率较高？哪种振动的频率较低? 振动光谱有红外吸收光谱和激光拉曼光谱两种类型。 价键或基团的振动有伸缩振动和弯曲振动。其中伸缩振动分为对称伸缩振动和非对称伸缩振动；弯曲振动则分为面内弯曲振动（剪式振动、面内摇摆振动）和面外弯曲振动（扭曲振动、面外摇摆振动）。 伸缩振动频率较高，弯曲振动频率较低。（键长的改变比键角的改变需要更大的能量）非对称伸缩振动的频率高于对称伸缩振动。 3. 说明红外光谱产生的机理与条件？ 产生机理： 当用红外光波长范围的光源照射物质时，物质因受光的作用，引起分子或原子基团的振动，若振动频率恰与红外光波段的某一频率相等时就引起共振吸收，使光的透射强度减弱，使通过试样的红外光在一些波长范围内变弱，在另一些范围内则较强，用光波波长（或波数）对光的透过率作图，便可得到红外光谱 产生条件： 1）辐射应具有能满足物质产生振动-转动跃迁所需的能量，即振动的频率与红外光谱谱段的某频率相等。 2）辐射与物质间有相互偶合作用，即振动中要有偶极矩变化 4．红外光谱图的表示法？ 红外光谱图的表示法：横坐标：波数cm-1或者波长μm 纵坐标：透过率%或者吸光度A 5. 红外光谱图的四大特征(定性参数)是什么？ 如何进行基团的定性分析？如何进行物相的定性分析？ 四大特征：谱带（或者说是吸收峰）的数目、位置、形状和强度。 进行基团的定性分析时，首先，观察特征频率区，根据基团的伸缩振动来判断官能团。 进行物相的定性分析： 进行物相的定性分析： 对于已知物： a、，观察特征频率区，判断官能团，以确定所属化合物的类型 b、观察指纹频率区，进一步确定基团的结合方式 c、对照标准谱图进行比对，若被测物质的与已知物的谱图峰位置和相对强度完全一致，则可确认为一种物质。 对于未知物：A、做好准备工作。了解试样的来源，纯度、熔点、沸点点各种信息，如果是混合物，尽量用各种化学、物理的方法分离 B、按照鉴定已知化合物的方法进行 6. 何谓拉曼效应？说明拉曼光谱产生的机理与条件？ 光子与试样分子发生非弹性碰撞，也就是说在光子与分子相互作用中有能量的交换，产生了频率的变化，且方向改变叫拉曼效应。 产生的机理： 斯托克斯线产生机理：处于振动基态的分子在光子作用下，激发到较高的不稳定的能态（虚
第十二章 红外吸收光谱法 思考题和习题 8.如何利用红外吸收光谱区别烷烃、烯烃及炔烃？ 烷烃主要特征峰为2 3 3 ,,,CH s CH as CH H C δδδν-，其中νC-H 峰位一般接近3000cm -1又低于3000cm -1 。 烯烃主要特征峰为H C C C H C -==-=γνν,,，其中ν=C-H 峰位一般接近3000cm -1又高于3000cm -1 。νC=C 峰位约在1650 cm -1。H C -=γ是烯烃最具特征的峰，其位置约为1000-650 cm -1。 炔烃主要特征峰为H C C C H C -≡≡-≡γνν,,，其中H C -≡ν峰位在3333-3267cm -1 。C C ≡ν峰位在 2260-2100cm -1，是炔烃的高度特征峰。 9.如何在谱图上区别异丙基及叔丁基？ 当两个或三个甲基连接在同一个C 上时，则吸收峰s CH 3 δ分裂为双峰。如果是异丙基，双峰分别 位于1385 cm -1和1375 cm -1左右，其峰强基本相等。如果是叔丁基，双峰分别位于1365 cm -1 和1395 cm -1左右，且1365 cm -1峰的强度约为1395 cm -1的两倍。 10.如何利用红外吸收光谱确定芳香烃类化合物？ 利用芳香烃类化合物的主要特征峰来确定： 芳氢伸缩振动（ =C-H ），3100~3000cm -1 (通常有几个峰) 泛频峰2000~1667cm -1 苯环骨架振动（ c=c ），1650-1430 cm -1，~1600cm -1及~1500cm -1 芳氢面内弯曲振动（β=C-H ），1250~1000 cm -1 芳氢面外弯曲振动（ =C-H ），910~665cm -1 14．试用红外吸收光谱区别羧酸、酯、酸酐。 羧酸的特征吸收峰为v OH 、v C=O 及OH 峰。v OH （单体）~3550 cm -1 (尖锐)，v OH (二聚体)3400~2500(宽而散)，v C=O (单体)1760 cm -1 (S)，v as C=O (二聚体)1710~1700 cm -1 (S)。羧酸的 OH 峰位在955～915 cm -1 范围内为一宽谱带，其形状较独特。 酯的特征吸收峰为v C=O 、v c-o-c 峰，具体峰位值是：v C=O ~1735cm -1 (S)；v c-o-c 1300~1000cm -1 (S)。v as c-o-c
第二章红外光谱 一、判断题 [1] 红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。（√） [2] 同核双原子分子N≡N、Cl-Cl、H-H等无红外活性。（√） [3] 由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动耦合谱带。（√） [4] 确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） [5] 对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对称伸缩振动不产生吸收峰。（×） [6] 红外光谱图中，不同化合物中相同基因的特征频率峰总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱图中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（√） [7] 不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺序为：酰卤>酰胺>酸>醛>酯。（×） [8] 醛基中υC=H伸缩频率出现在2720cm-1。（√） [9] 红外光谱与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（×） [10] 当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。（×） [11] 游离有机酸C=O伸缩振动υc=0频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率会向高波数移动。（×） [12] 醛、酮、羧酸等的羰基的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率相同。（×） [13] 红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振动是非红外活性的。（√） [14] 红外光谱的特点是一方面官能团的特征吸收频率的位置基本上是固定的，另一方面它们又不是绝对不变的，其频率位移可以反映分子的结构特点。（√） [15] Fermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作用。（√） 二、选择题（单项选择） [1] 红外光可引起物质的能级跃迁是（C）。 A. 分子的电子能级的跃迁，振动能级的跃迁，转动能级的跃迁； B. 分子内层电子能级的跃迁； C. 分子振动能级及转动能级的跃迁； D. 分子转动能级的跃迁。 [2] H2O在红外光谱中出现的吸收峰数目为（A）。 A. 3 B. 4 C. 5 D. 2 [3] 在红外光谱中，C=O的伸缩振动吸收峰出现的波数(cm-1) 范围（A ）。 A. 1900~1650 B. 2400~2100 C. 1600~1500 D. 1000~650 [4] 在下列分子中，不能产生红外吸收的是（D ）。 A. CO B. H2O C. SO2 D. H2 [5] 下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是（D）。 A. C=O B. C-H C. C=C D. O-H [6] 表示红外分光光度法通常是（C）。 A. HPLC B. GC C. IR D. TLC [7] 羰基化合物①RCOR、②RCOCl、③RCOH、④RCOF中，C=O伸缩振动频率最高的是（D ）。 A. ① B. ② C. ③ D. ④ [8] 在醇类化合物中，O-H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动，原因是（B ）。
红外光谱：当样品受到频率连续变化的红外光照射时，分子吸收了某些频率的辐射，并使得这些吸收区域的透射光强度减弱。记录红外光的百分透射比与波长关系的曲线，即为红外光谱，所以又称之为红外吸收光谱。 红外吸收光谱基本原理：产生红外吸收的条件：红外光谱是由于分子振动能级（同时伴随转动能级）跃迁而产生的，物质吸收红外辐射应满足两个条件：1.红外辐射光的频率与分子振动的频率相当，才能满足分子振动能级跃迁所需的能量，而产生吸收光谱。2.必须是能引起分子偶极矩变化的振动才能产生红外吸收光谱。伸缩振动：以v表示，是沿着键的方向的振动，只改变键长，对键角没有影响，它的吸收频率相对在高波数区。 弯曲振动或变形振动：以δ表示，为垂直于化学键方向的振动，只改变键角而不影响键长，它的吸收频率相对在低波数区。 分子的红外活性：1.对称分子——没有偶极矩，辐射不能引起共振,无红外活性；例如：N2、O2、Cl2 均无红外吸收光谱。2.非对称分子——有偶极矩，具有红外活性。 炔烃特点：1.键越强，力常数k越大，振动频率越高（波数值大）。2.成键原子质量越大，振动频率越低（波数值小）。弯曲振动（C-H:1340cm-1）要比伸缩振动（C-H:3000cm-1）的振动频率小。（C三N伸缩振动:2252cm-1） 红外分析方法：1.液体样品：液膜法、溶液法；2.固体样品：压片法、调糊法、薄膜法； 紫外吸收带的强度：A=-logI/I0=εcl(A:吸光度,ε摩尔消光系数, c: 溶液的摩尔浓度，l: 样品池长度.I0、I分别为入射光、透射光的强度) 紫外-可见光谱：分子吸收紫外-可见光区10-800 nm的电磁波而产生的吸收光谱，简称紫外可见光谱。（紫外光谱只适用于分析分子中具有不饱和结构的化合物）紫外-可见光谱的基本原理：分子轨道和电子跃迁类型：1.分子轨道可分为成键分子轨道、反键分子轨道和非键分子轨道。2.电子跃迁主要是价电子吸收一定能量的光能由成键轨道跃迁到反键轨道，分子从基态变为激发态。通常有机化合物的价电子包括成键的ζ电子、π电子和非键电子。这些电子可能发生的跃迁类型有ζ→ζ?、π→π?、n →ζ?和n →π?等跃迁。电子跃迁吸收电磁波的波长取决于发生跃迁的两个分子轨道间的能量差。 生色基：产生紫外（或可见）吸收的不饱和基团（通常都含有π电子）。 助色基（助色效应）：当具有非键电子的原子或基团连在双键或共轭体系上时，会形成非键电子与π电子的共轭(P-π共轭)，从而使电子的活动范围增大，吸收向长波方向位移，颜色加深，这种效应称为助色效应。能产生助色效应的原子或原子团称为助色基。（－OH、－Cl、-NH2、-NR2、-SR） 红移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向长波方向移动的现象称为红移现象。 蓝移现象：由于取代基或溶剂的影响使最大吸收峰向短波方向移动的现象。 增色效应：使ε值增加的效应称为增色效应。 减色效应：使ε值减少的效应称为减色效应。 溶剂的影响：苯胺在中性溶液中，于280 nm处有吸收，加酸后发生蓝移，且吸收强度减弱。当溶液由中性变为酸性时，若谱带发生蓝移，应考虑到可能有氨基与苯环的共轭结构的存在。苯酚在中性溶液中于270 nm处有吸收，加碱后发生红移，吸收波长为287 nm。当溶液由中性变为碱性时，若谱带发生红移时，应考虑到可能有羟基与芳环的共轭结构存在。
1.比较C=C和C=O键的伸缩振动，谱带强度更大的是C=O。 2.何谓基团频率?它有什么重要性及用途? 答： 不同分子中同一类型的化学基团，在红外光谱中的吸收频率总是出现在一个较窄的范围内，这种吸收谱带的频率称为基团频率。 它们不随分子构型的变化而出现较大的改变，可用作鉴别化学基团。基团频率区在4000~1300厘米-1，其中4000~2500厘米-1为单键伸缩振动区，2500~1900厘米-1为叁键和累积双键区，1900~1300厘米-1为双键伸缩振动区和单键弯曲振动区。 3.某化合物C8H9NO2，试根据如下谱图推断其结构，并说明依据。 答：U=8-（1-9）/2 + 1 =5，推断有苯环和C=C或C=O δ=3.8，单峰，归属CH3，推测为O-CH3
δ=7.1,7.8，均是双峰，归属Ar-H，是苯环对位取代特征峰 δ=7.2，双峰，推测可能为-NH2 3392cm-1,3172cm-1，N-H伸缩振动，双峰说明可能是-NH2 1651cm-1，N-H变形振动 1618cm-1,1574cm-1，1516cm-1，1423cm-1，芳环C=C伸缩振动 1397cm-1，甲基变形振动 1254cm-1，C-O-C伸缩振动吸收峰 853cm-1，苯环相邻两个H原子=C-H的面外变形振动，苯环对位取代的特征 故推测结构为 4.紫外吸收光谱有哪些基本特征? 答： （1）紫外吸收光谱所对应的电磁波长较短，能量大，它反映了分子中价电子能级跃迁情况。主要应用于共轭体系（共轭烯烃和不饱和羰基化合物）及芳香族化合物的分析。（2）由于电子能级改变的同时，往往伴随有振动能级的跃迁，所以电子光谱图比较简单，但峰形较宽。一般来说，利用紫外吸收光谱进行定性分析信号较少。 （3）紫外吸收光谱常用于共轭体系的定量分析，灵敏度高，检出限低。 5.光度分析误差的主要来源有哪些?如何降低光度分析的误差? 1对朗伯-比尔定律的偏离： （1）非单色光引起的偏离。◎使用比较好的单色器，从而获得纯度较高的“单色光”，使标准曲线有较宽的线性范围。◎人射光波长选择在被测物质的最大吸收处，保证测定有较高的灵敏度，此处的吸收曲线较为平坦，在此最大吸收波长附近各波长的光的?值大体相等，由于非单色光引起的偏离要比在其他波长处小得多。◎测定时应选择适当的浓度范围，使吸光度读数在标准曲线的线性范围内。 （2）介质不均匀引起的偏离。故在光度法中应避免溶液产生胶体
第一章红外辐射基础 1.1 红外辐射及红外光谱 任何物质(体),其内部的带电粒子都是处于不断运动状态的。当物体具有一定温度,即物体温度高于热力学温度0K或摄氏温度-273℃时,它就会不断地向周围进行电磁辐射。物体的自发辐射,在常温下主要是红外辐射。红外辐射俗称红外线或红外光,它是人眼看不见的光线,具有强烈的热作用,故又称热辐射。 物体的热辐射特性主要由物体的温度决定,故又称为温度辐射。物体的温度辐射特性是光学温度传感和光电传感的基础。物体在常温下,发射红外线;当温度升高至500℃左右,便开始发射部分暗红外的可见光;当温度继续升高,物体会向外辐射电磁波,且随着温度的升高其波长会变短。当温度升至1500℃时,便开始发出白色光。所谓白色光,实际上是含有红、橙、黄、绿、青、蓝、紫七种颜色的白色光。当将一束白色光照射到一个玻璃三棱镜上时,通过三棱镜对不同波长光的折射,就会显现七彩的单色光束。图1.1是太阳光的分光实验示意图。 图1.1 太阳光分光实验示意图 红外线是位于可见光中红色光外的光线,是一种人眼看不见的光线。但这种光和其他任何光一样,也是一种客观存在的物质。红外线与可见光、紫外线、X 射线、γ射线和微波等无线电磁波一起,构成了一个无限连续的电磁波波谱,如图1.2所示。 在电磁波谱中,通常将波长范围为0.76～1000um的区域称为红外光谱区。它相对应的频率范围大致在4×1014～3×10l1Hz。红外线与可见光、无线电波一样,
在真空中的传播速度也是以光的速度(2.997925×1010cm/s≈ 3×1010cm/s)传播的。 图1.2 电磁波波谱图 在红外技术中,为便于对不同波长的红外光进行研究,一般将红外辐射分为四个区域:近红外(波长λ=0.76～3um),中红外(λ=3～6um),中远红外(λ=6～ 2Oum),远红外(λ=20～1000um)。所谓远或近,是指红外辐射在电磁波谱中距离可见光的远、近,靠近可见光的为近红外区。 1.2 红外热效应与红外吸收 红外辐射的物理本质是热辐射。热辐射的程度主要由物体的温度所决定。温度越高,辐射出来的红外线越多,红外辐射的能量就越强。 科学研究表明,太阳光谱各种单色光的热效应,从紫色光到红色光的热效应是逐渐增大的,且最大的热效应出现在红外辐射的频谱范围内。因而,有人又将红外辐射称为热辐射或热射线。试验表明,波长在0.1～1000um范围内的电磁波被物体吸收时,可以显著地将电磁能转变为热能。红外辐射与其他辐射一样,能在其射程范围内被物体吸收并转换成热能。即使在高度真空里,通过热辐射也能进行能量的传递。例如,我们居住的地球与太阳相距遥远(约15000万公里),但太阳发出的光和热,通过远距离的接近真空的外层空间和地球大气层(约3000km)的传输,普照大地,它是地球万物生存的主要能源。热效应是光能和红外辐射被吸收的结果。 红外辐射和可见光、无线电磁波一样,是以波的形式在空间(同-介质)进行直
红外光谱习题 一. 选择题 1红外光谱是（AE） A :分子光谱 B :原子光谱 D :电子光谱E:振动光谱 2. 当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则A:吸收光子的能量越大 B:吸收光子的波长越长 C:吸收光子的频率越大 D:吸收光子的数目越多 E:吸收光子的波数越大 3. 在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（AC）A :乙炔分子中-对称伸缩振动 B:乙醚分子中---不对称伸缩振动 C: CO2分子中- -对称伸缩振动 D: H2O分子中日对称伸缩振动 E: HCl分子中H —Cl键伸缩振动 4. 下面五种气体，不吸收红外光的是（D） A: H2O B: C°2 C: HCl D: N2 5分子不具有红外活性的，必须是（D） A:分子的偶极矩为零 B:分子没有振动 C:非极性分子 D:分子振动时没有偶极矩变化 E:双原子分子 6. 预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ A:O — H伸缩振动数在4000?2500cm 1 B:C-0伸缩振动波数在2500?1500cm 1 C:N-H弯曲振动波数在4000?2500cm 1 D:C-N伸缩振动波数在1500?1000cm 1 ACE ) ACD) C :吸光光谱
E:C三N伸缩振动在1500?1000cm 1
7. 下面给出五个化学键的力常数，如按简单双原子分子计算，则在红 外光谱中波数最大者是（B ） A ：乙烷中C-H 键，k 5.1 105达因cm 1 B ：乙炔中C-H 键，k 5.9 105达因cm 1 C ：乙烷中C-C 键，k 4.5 105达因cm 1 D ： CfO N 中 O N 键，k 17.5 105 达因 cm 1 E ：蚁醛中C=0键,k 12.3 105达因cm 1 8基化合物中，当C=O 的一端接上电负性基团则（ACE ） A:羰基的双键性增强 B:羰基的双键性减小 C:羰基的共价键成分增加 D:羰基的极性键成分减小 E:使羰基的振动频率增大 以下五个化合物，羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是（ R —C —H C: R —0—C1 II D: ° E: 10.共轭效应使双键性质按下面哪一种 形式改变（ ABCD ） A:使双键电子密度下降 E:双键略有伸长 C:使双键的力常数变小 D.使振动频率减小 E:使吸收光电子的波数增加 11 ..下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是（ R -| R —C — II -H O II . A: B: C : K —C —CH=CH —R D: R ! 3 5 E: 尺一田二 — r —( ) 1-0 12.下面四个化合物中的C=C 伸缩振动频率最小的是(D ) A: Q B: 0 C: □ D: A II 9. A: B: II 0
第二章红外光谱习题
第二章红外光谱 一、判断题 [1]红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振 转光谱。（√） [2]同核双原子分子N≡N、Cl-Cl、H-H等无红外活性。（√） [3]由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动耦合谱 带。（√） [4]确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） [5]对称结构分子，如H2O分子，没有红外活性，水分子的H-O-H对称伸缩振 动不产生吸收峰。（×） [6]红外光谱图中，不同化合物中相同基因的特征频率峰总是在特定波长范围 内出现，故可以根据红外光谱图中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（√） [7]不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物υc=0伸缩频率的大小顺序为：酰 卤>酰胺>酸>醛>酯。（×） [8]醛基中υC=H伸缩频率出现在2720cm-1。（√） [9]红外光谱与紫外光谱仪在构造上的差别是检测器不同。（×） [10]当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子 数目越多。（×） [11]游离有机酸C=O伸缩振动υc=0频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体 时，吸收频率会向高波数移动。（×） [12]醛、酮、羧酸等的羰基的伸缩振动在红外光谱中的吸收峰频率相同。（×） [13]红外吸收峰的数目一般比理论振动数目少，原因之一是有些振动是非红外 活性的。（√） [14]红外光谱的特点是一方面官能团的特征吸收频率的位置基本上是固定的， 另一方面它们又不是绝对不变的，其频率位移可以反映分子的结构特点。 （√） [15]F ermi共振是一个基频振动与倍频(泛频)或组频之间产生耦合作用。（√） 二、选择题（单项选择） [1]红外光可引起物质的能级跃迁是（ C）。 A. 分子的电子能级的跃迁，振动能级的跃迁，转动能级的跃迁； B. 分子内层电子能级的跃迁； C. 分子振动能级及转动能级的跃迁； D. 分子转动能级的跃迁。
红外吸收光谱作业（IR） 一、判断题 1．红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。（√） 2．由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动偶合谱带。（√） 3．确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。（×） 4．对称分子结构，如H2O分子，没有红外活性。（×） 5．分子中必须具有红外活性振动是分子产生红外吸收的必备条件之一。（√） 6．红外光谱中，不同化合物中相同基团的特征频率总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。（√） 7．不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物的大小顺序为：酰卤＞酰胺＞酸＞醛＞酯。（×） 8．傅里叶变换型红外光谱仪与色散型红外光谱仪的主要差别在于它有干涉仪和计算机部件。（√）9．当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。（√） 10．游离有机酸C=O伸缩振动v C=O频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率会向高波数移动。（×） 二、选择题 1．化学键的力常数越大，原子的折合质量越小，则化学键的振动频率（B） A．越低；B．越高；C．不变 2．在红外吸收光谱中，乙烯分子的C-H非对称伸缩振动具有（A） A．红外活性；B．非红外活性；C．视实验条件 3．在醇类化合物中，O-H伸缩振动随溶液浓度的增大向低波数移动的原因是（C） A．诱导效应；B．溶液极性增大；C．形成分子间氢键；D．振动耦合 4．分子的C-H对称伸缩振动的红外吸收带频率比弯曲振动的（A） A．高；B．低；C．相当 5．在红外吸收光谱中，C=O和C=C基，两者的吸收强度的大小关系是（B） A．前者＜后者；B．前者＞后者．C．两者相等 6．用于测量红外辐射的检测器是(D)。 A．光电池；B．光电管；C．热导池；D．热电偶 7．应用红外光谱解析分子结构的主要参数是（B） A．质荷比；B．波数；C．偶合常数；D．保留值。 8．红外吸收光谱是（D） A．原子光谱；B．发射光谱；C．电子光谱；D．分子光谱。 9．在醇类化合物中，O—H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动，原因是（B） A．溶液极性变大；B．分子间氢键增强；C．诱导效应变大；D．易产生振动偶合。 10．下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是（D） A．C=O；B．C—H；C．C=C；D．O—H。 三、填空题 1．适用于红外光谱区的光源是（能斯特灯）和（硅碳棒），傅里叶变换红外光谱仪的分光系统是（迈克耳孙干涉仪）。 2．一个分子能否产生红外吸收峰，除了（辐射应具有刚好满足振动跃迁所需的能量）以外，还与分子的（偶极矩是否发生变化）有关。 3．红外分光光度法与紫-可见分光光度法一样，按光谱获得方式，两者都属于（吸收）光谱法，但就辐射跃迁的本质而言，两种方法有区别，前者主要研究（振动-转动）光谱，后者主要研究（电子）光谱。4．红外光谱研究最多的是基本振动频率，而这种分子振动主要有两种形式，即（伸缩）振动和（弯曲）
红外光谱分析习题解答 解：影响红外吸收峰强度的主要因素：红外吸收的强度主要由振动能级的跃迁概率和振动过程中偶极矩的变化决定。从基态向第一激 跃迁的概率大，因此基频吸收带一般较强。另外，基频振动过程中偶极矩的变化越大，则其对应的红外吸收越强。因此，如果化学键两 接原子的电负性差异越大，或分子的对称性越差，则伸缩振动时化学键的偶极矩变化越大，其红外吸收也越强，这就是 C=O 的强度大 =C 的原因。一般来说，反对称伸缩振动的强度大于对称收缩振动的强度，伸缩振动的强度大于变形振动的强度。 解：由量子力学可知，简单双原子分子的吸收频率可用下式表示： μπk c 21 （1） A N M M M M )(212 1+ （2） ） 式中： σ为波数（cm -1），c 为光在真空中的速度（310-10cm S -1），k 为化学键力常数（N cm -1） ） 式中： M 1和M 2分别为两种原子的摩尔质量，N A 为阿伏加德罗常数（6.021023mol -1 ） （2）式代入（1）得 2 1212121) (1307 )(221M M M M k M M M M k c N k c A +=+= πμπ 教材P 153公式（10-6）系数为1370有误】 Cl 键的键力常数 1 2 2 12 12 1.0079 .13453.350079.1453.35130729931307-?+?? ???+??? ??cm N M M M M σ 解：依照上题的计算公式
2 1212121) (1307 )(221M M M M k M M M M k c N k c A +=+= πμπ ＝9 N cm -1，M H =1.0079，M F =18.998代入可计算得到HF 的振动吸收峰频率为4023cm -1 。 解：2-戊酮的最强吸收带是羰基的伸缩振动（ C=O ），分别在极性溶剂95%乙醇和非极性溶剂正己烷中，其吸收带出现的频率在正己 位于较高处。原因是乙醇中的醇羟基可以与戊酮的羰基形成分子间氢键，导致羰基的伸缩振动频率向低波数方向移动。而正己烷不能与 形成分子间氢键。 解： 断法则为：若振动前后引起偶极矩的变化的，是具有红外活性的，否则为非红外活性的。因此具有红外活性是：（b ）（c ）（e ），非 活性 （a ）（d ）（f ）。 ⊕ C C H H H H ⊕ C C H H H C C H H H H （d ）C ＝C 伸缩 （e ）C ?H 剪式 （f ）C ?H 摇摆 C C H H H H C C H H H H ⊕ ⊕ C C H H H H ⊕ ⊕ （a ）C ?H 伸缩 （b ）C ?H 伸缩 （c ）CH 2扭曲
红外光谱习题 ACE ） B :原子光谱 C :吸光光谱 E :振动光谱 2.当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（ ACE ） A :吸收光子的能量越大 B :吸收光子的波长越长 C :吸收光子的频率越大 D :吸收光子的数目越多 E :吸收光子的波数越大 3.在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（ AC ） A :乙炔分子中一C —C —对称伸缩振动 B :乙醚分子中。一C-5不对称伸缩振动 C : CO2 分子中 C —0—C D : H2O 分子中H/ \日 E : HCl 分子中H — CI 键伸缩振动 4.下面五种气体，不吸收红外光的是（D ） A: H 2O B: C°2 C: HCl D: N 2 5分子不具有红外活性的，必须是（D ） A:分子的偶极矩为零 B:分子没有振动 C:非极性分子 D:分子振动时没有偶极矩变化 E:双原子分子 6.预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ AD ） A:O — H 伸缩振动数在 4000?2500cm 1 B:C-0伸缩振动波数在 2500?1500cm 1 C:N-H 弯曲振动波数在 4000?2500cm 1 D:C-N 伸缩振动波数在1500?1000cm 1 E:C 三N 伸缩振动在1500?1000cm 1 一. 选择题 1红外光谱是 A :分子光谱 D :电子光谱 对称伸缩振动 对称伸缩振动
0 A: R —C — H 0 II ；B: 0 C: K —C —CH=CH —R D: R — E: 7.下面给出五个化学键的力常数，如按简单双原子分子计算，则在红 外光谱中波数最大者是（B ） 乙烷中C-H 键，k 5.1 105 达因 乙炔中C-H 键，k 5.9 乙烷中C-C 键，k 4.5 CH3O N 中 O N 键,k 蚁醛中C=C 键,k 12.3 8 基化合物中，当C=C 的一端接上电负性大的基团则（ACE ） A:羰基的双键性增强 B:羰基的双键性减小 C:羰基的共价键成分增加 D:羰基的极性键成分减小 E:使羰基的振动频率增大 以下五个化合物，羰基伸缩振动的红外吸收波数最大者是（E ） R —C —H 10.共轭效应使双键性质按下面哪一种形式改变（ ABCD ） A:使双键电子密度下降 B:双键略有伸长 C:使双键的力常数变小 D.使振动频率减小 E:使吸收光电子的波数增加 1 cm 105 达因cm 1 105 达因cm 1 17.5 105 达因 cm 1 A B C D E 9. A ： B ： C ： D ： R —C —C1 II E: Cl —Cl K —CH=C —C — 11.下五个化合物羰基伸缩振动的红外吸收波数最小的是（
红外、拉曼光谱习题 一． 选择题 1．红外光谱是（ CE ） A ：分子光谱 B ：原子光谱 C ：吸光光谱 D ：电子光谱 E ：振动光谱 2．当用红外光激发分子振动能级跃迁时，化学键越强，则（ CE ） A ：吸收光子的能量越大 B ：吸收光子的波长越长 C ：吸收光子的频率越大 D ：吸收光子的数目越多 E ：吸收光子的波数越大 3．在下面各种振动模式中，不产生红外吸收的是（ AC ） A ：乙炔分子中 对称伸缩振动 B ：乙醚分子中 不对称伸缩振动 C ：CO 2分子中 对称伸缩振动 D ：H 2O 分子中对称伸缩振动 E ：HCl 分子中H －Cl 键伸缩振动 4．下面五种气体，不吸收红外光的是（ D ） Ａ：O H 2 Ｂ：2CO Ｃ：HCl Ｄ：2N 5 分子不具有红外活性的,必须是（ABD ） Ａ：分子的偶极矩为零 Ｂ：分子没有振动 Ｃ：非极性分子 Ｄ：分子振动时没有偶极矩变化 Ｅ：双原子分子 6．预测以下各个键的振动频率所落的区域，正确的是（ AC ） A:O-H 伸缩振动数在4000～25001-cm B:C-O 伸缩振动波数在2500～15001-cm C:N-H 弯曲振动波数在4000～25001-cm D:C-N 伸缩振动波数在1500～10001-cm E:C ≡N 伸缩振动在1500～10001-cm 7.下面给出五个化学键的力常数,如按简单双原子分子计算,则在红外光谱中波数 最大者是（ ） A:乙烷中C-H 键,=k 5.1510?达因1-?cm B: 乙炔中C-H 键, =k 5.9510?达因1-?cm C: 乙烷中C-C 键, =k 4.5510?达因1-?cm D: CH 3C ≡N 中C ≡N 键, =k 17.5510?达因1-?cm
第二章 红外光谱 (高校教师研究生班) 红外光谱(IR)：一种分子吸收光谱，又称为分子的振—转光谱。 当用连续波长的红外光照射某一物质时，该物质就吸收一定波长的红外光的光能，并将被吸收的光能转化为分子的振动和转动能。以波长为横坐标，百分吸光率或百分透过率为纵坐标把谱图记录下来，就可以得到该物质的红外光谱。 表2.1 红外光谱的分类 大多数的有机化合物和许多无机化合物的化学键的振动基频都出现在中 红外区。中红外的吸收光谱在化合物的结构解析和定量分析方面有重要的意义，所以中红外是我们研究的主要对象。 用频率表示红外光谱不方便，通常用波数（cm -1）表示，波数与波长的关系为： 波数[cm -1 ] =波长 4 10 波长的单位是微米(μm)； 1cm =104 μm 即1 cm 内有多少个波数 2.1 基本原理 2.1.1 分子的振转光谱 分子总是在不断地运动，各种运动状态都有一定的能态。 分子的总能量为：E = E 0+ E 平 + E 转 + E 振 + E 电 E 0—分子的内能，其能量不随分子的运动而改变。
E 平——是温度的函数，平动时不产生偶极矩的变化，无红外吸收。 所以红外光谱只与分子的转动能、振动能和分子内电子的运动能有关。 分子可以吸收红外光的辐射能从低能态跳到高能态，但不是任意的，必须满足量子化条件（选律）。不论是振动能还是转动能，都有能级差（ ），只有当辐射光光子的能量正好等于两能级间的能量差时，分子才能吸收辐射能从低能级跳到高能级，产生吸收光谱。 振动能级的 = 0.5～1 eV , 中红外光的辐射能正好在此范围。 当振动发生时总伴随有转动能级产生，所以，IR 光谱称为振—转光谱。 2.1.2 双原子光谱的振动光谱 对于双原子分子(以HCl 为例)，可看把两个原子看成质量不等的两个 小球m 1和m 2 ，把它们的化学键类比为 质量可以不计的弹环，两原子在平衡位置 的振动可以近似为简谐振动，根据虎克定 律，简谐振动的频率为： μ κ πυ21 = （2.1） 用波数(cm -1)表示为： υ （cm -1）= μ κ πc 21 （2.2） 式中： C —光 速 κ—力常数 [单键约为5×102 N ·m -1；双键和三键是单键的2倍或3倍] μ—折合质量：μ= m 1·m 2 / m 1+ m 2 [ m 1、m 2 是两个原子的质量（克）] 已知： 130421=c π； κ=5.1 （毫达因/埃）； 972.05 .3515.351=+?=μ（HCl ） 根据[2.2]式： υ (cm -1) = 1304 972 .01 .5=2990 [cm-1] 实际测得HCl 分子的H 、Cl 伸缩振动频率为2886cm -1。表明：把双原子 E E m 1 2 m
红外光谱分析法试题 一、简答题 1.产生红外吸收的条件是什么?是否所有的分子振动都会产生红外吸收光谱?为什么? 2．以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 3.何谓基团频率?它有什么重要用途? 4．红外光谱定性分析的基本依据是什么？简要叙述红外定性分析的过程． 5．影响基团频率的因素有哪些? 6．何谓指纹区？它有什么特点和用途？ 二、选择题 1.在红外光谱分析中，用 KBr制作为试样池，这是因为 ( ) A KBr晶体在 4000～ 400cm -1 范围内不会散射红外光 B KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内有良好的红外光吸收特性 C KBr在 4000～ 400 cm -1 范围内无红外光吸收 D 在 4000～ 400 cm -1 范围内，KBr 对红外无反射 2.一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为 ( ) A 玻璃 B 石英 C 卤化物晶体 D 有机玻璃 3.并不是所有的分子振动形式其相应的红外谱带都能被观察到，这是因为 ( ) A 分子既有振动运动，又有转动运动，太复杂 B 分子中有些振动能量是简并的 C 因为分子中有 C、H、O以外的原子存在 D 分子某些振动能量相互抵消了 4.下列四种化合物中，羰基化合物频率出现最低者为 ( ) A I B II C III D IV 5.在下列不同溶剂中，测定羧酸的红外光谱时，C＝O伸缩振动频率出现最高者为 ( ) A 气体 B 正构烷烃 C 乙醚 D 乙醇 6.水分子有几个红外谱带，波数最高的谱带对应于何种振动? ( )
A 2个，不对称伸缩 B 4个，弯曲 C 3个，不对称伸缩 D 2个，对称伸缩 7.苯分子的振动自由度为( ) A 18 B 12 C 30 D 31 8.在以下三种分子式中C＝C双键的红外吸收哪一种最强? (1) CH3－CH = CH2(2) CH3－CH = CH－CH3（顺式）(3) CH3－CH = CH－CH3（反式）( ) A（1）最强 B (2)最强 C (3)最强 D 强度相同 9.在含羰基的分子中，增加羰基的极性会使分子中该键的红外吸收带( ) A 向高波数方向移动 B 向低波数方向移动 C 不移动 D 稍有振动 10.以下四种气体不吸收红外光的是( ) A H2O B CO 2 C HCl D N2 11.某化合物的相对分子质量Mr=72,红外光谱指出,该化合物含羰基,则该化合物可能的分子式为( ) A C4H8O B C3H4O 2 C C3H6NO D (1) 或(2) 12.红外吸收光谱的产生是由于( ) A 分子外层电子、振动、转动能级的跃迁 B 原子外层电子、振动、转动能级的跃迁 C 分子振动-转动能级的跃迁 D 分子外层电子的能级跃迁 13. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目为( ) A 0 B 1 C 2 D 3 14.红外光谱法试样可以是( ) A 水溶液 B 含游离水 C 含结晶水 D 不含水 15.能与气相色谱仪联用的红外光谱仪为( ) A 色散型红外分光光度计 B 双光束红外分光光度计 C 傅里叶变换红外分光光度计 D 快扫描红外分光光度计 16.试比较同一周期内下列情况的伸缩振动(不考虑费米共振与生成氢键)产生的红外吸收峰,频率最小的是( ) A C-H B N-H C O-H D F-H 17.已知下列单键伸缩振动中C-C C-N C-O键力常数k/(N?cm-1) 4.5 5.8 5.0吸收峰波长λ/μm 6 6.46 6.85问C-C, C-N, C-O键振动能级之差⊿E顺序为( ) A C-C > C-N > C-O B C-N > C-O > C-C C C-C > C-O > C-N D C-O > C-N > C-C 18.一个含氧化合物的红外光谱图在3600～3200cm -1有吸收峰,下列化合物最可能的是( )