第四章 红外分光光光度法(书后习题参考答案)
1.CO 的红外光谱在2 170cm -1处有一振动吸收峰.问
(1)CO 键的力常数是多少?
(2)14CO 的对应峰应在多少波数处发生吸收? 解:碳原子的质量2323100.210022.612--?=?=
C m g
氧原子的质量2323106.210022.616--?=?=O m g (1) σ =2071cm -1
O C O C m m m m k c ?+=
)(21πσ 2346
210210)6.22(106.22)217010314.32()2(--?+???????=+=O C O C m m m m c k σπ =18.6×105 dyn·cm -1=18.6N·cm -1(厘米克秒制)
(2)14CO 2323103.210022.614-?=?=C m g
2071106.23.210)6.23.2(106.1810314.3214623
510≈???+??????=--σcm -1
或O C O C O C O C m m m m m m m m +???+=1212141412σσ σ =2080cm -1
2.已知C―H 键的力常数为5N/cm ,试计算C―H 键伸展振动的吸收峰在何波数?若将氘(D )置换H ,C―D 键的振动吸收峰为多少波数.
解:C-H 键:k =5N·cm -1=5.0×105dyn·cm -1
碳原子的质量:m C =2.0×10-23g, 氢原子的质量:23
231017.010022.61--?=?=
H m g
氘原子的质量: 23231034.010022.62--?=?=D m g 依2121)(21m m m m k c ?+=
πσ得
29961017.00.210)17.00.2(10510314.3214623
510≈???+??????=--σcm -1
21991034.00.210)34.00.2(10510314.3214623
510≈???+??????=--σcm -1
3.指出以下振动在红外光谱中是活性的还是非活性的
分 子 振 动
(1)CH 3一CH 3 C―C 伸缩振动
(2)CH 3一CC13 C―C 伸缩振动
(3)SO 2 对称伸缩振动
(4)CH 2=CH 2 C―H 伸缩振动
C C
H H
(5)CH 2=CH 2 C―H 伸缩振动
C C
H H
(6)CH 2=CH 2 CH 2
摆动 C C
H
H H
(7)CH 2=CH 2 CH 2扭曲振动
C C
H
H H H
解:非红外活性:(1), (5), (7)
红外活性:(2), (4), (6), (8)
4.下面三个图形(图4-20)分别为二甲苯的三种异构体的红外光谱图。请说明各个图形分别属于何种异构体(邻、间、对位)?并指明图中主要吸收峰的来源。
解:分别为间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯
主要吸收峰来源:苯环骨架振动,1700cm -1~2000cm -1
C-H 面外弯曲振动,650~900cm -1
5.有一种苯的氯化物在900~660cm -1区域没有吸收峰,它的可能结构是什么? 答:C 6Cl 6 (六六六)
6.图4-21是由组成为C 3H 6O 的纯液体获得的红外谱图,试推断这种化合物的结构。 答:丙酮 O
CH 3-C-CH 3
7.下面两个化合物的红外光谱有何不同?
(a )CH 2-NH 2 (b) CH 3--N(CH 3)2O
答:红外光谱不同点:
(a)3300cm -1,N-H 伸缩振动(宽且强),CH 2-伸缩振动峰,
苯环骨架振动峰(1600cm -1附近),一取代指纹峰(770~730, 710~690cm -1)
(b)1680cm -1, C=O 强伸缩振动峰,甲基的伸缩振动峰(2928cm -1)
8.某化合物分子式为C 5H 8O ,有下面的红外吸收带:3 020 ,2 900,1 690和1 620 cm -1;在紫外区,它的吸收峰在227nm 处( =104)。试提出一个结构,并说明它是否是唯一可能的结构。
答:O
CH 3-C-CH=CH-CH 3,否.
9. 下面两个化合物中哪一个νC=O 吸收带出现在较高频率,为什么?
(a)
CHO (b) CHO -(CH 3)2N 答:(a)化合物的羰基吸收带出现在较高频率.
N 原子提供孤对电子,与苯环、C=O 形成大π键,中介效应.
10. 举例说明分子的基本振动形式。
答:
CO2和H2O的振动模式
11. 试说明产生红外吸收的条件是什么?
答:(1)必要条件:振动或转动时会引起偶极矩净变化的分子.
(2)辐射的频率与分子的固有振动频率相匹配.
12. 试说明什么是基团频率和“指纹区”?各有什么特点和作用?
答:组成分子的各种原子基团都有自己的特征红外吸收的频率范围和吸收峰,称这些能用于鉴定原子基团存在并有较高强度的吸收峰为特征峰,其相应的频率称为特征频率或基团频率。
“指纹区”:在1300 cm-1~600 cm-1(7.7μm~16.7μm)范围的光谱区,分子构型和结构的微小差别,都可引起吸收峰分布的明显改变。这一区域内的光谱对于分子来说就好像“指纹”对人一样,具有各自独特的特征。
基团频率:有一定的范围,吸收峰较强,用于鉴定原子基团的存在.
指纹区:分子构型和结构的微小差别,会引起吸收峰分布的明显改变,可用于区分化合物的精细结构.
13. 什么是拉曼散射,Stokes线和反Stokes线。
答:一束单色光作用于透明介质时,在透射和反射方向以外出现的光称为散射光。当散射的粒子为分子大小时,发生与入射光频率相同的瑞利(Rayleigh)散射光,另外在其两侧对称分布有强度较弱的频率不同于入射光的散射光,称之为拉曼(Raman)光。这种现象称为拉曼散射.其中频率较低的称为斯托克斯(Stokes)线,频率较高的称为反斯托克斯线(anti-Stokes)。
14. 下述分子的振动各具有什么活性(红外、拉曼、或两者均有)
(1)O2的对称伸缩振动;(2)CO2的不对称伸缩振动;
(3)H2O的弯曲振动;(4)C2H4的弯曲振动。
答:红外活性拉曼活性备注
(1)O2的对称伸缩振动非是
(2)CO2的不对称伸缩振动是非
(3)H2O的弯曲振动是是
(4)C2H4的扭曲(或弯曲)振动非非
紫外-可见分光光度法 一、单项选择题 1.可见光的波长范围是 A、760~1000nm B、400~760nm C、200~400nm D、小于400nm E、大于760nm 2.下列关于光波的叙述,正确的是 A、只具有波动性 B、只具有粒子性 C、具有波粒二象性 D、其能量大小于波长成正比 E、传播速度与介质无关 3.两种是互补色关系的单色光,按一定的强度比例混合可成为 A、白光 B、红色光 C、黄色光 D、蓝色光 E、紫色光 4.测定Fe3+含量时,加入KSCN显色剂,生成的配合物是红色的,则此配合物吸收了白光中的 A、红光 B、绿光 C、紫光 D、蓝光 E、青光 5.紫外-可见分光光度计的波长范围是 A、200~1000nm B、400~760nm C、1000nm 以上 D、200~760nm E、200nm以下 6.紫外-可见分光光度法测定的灵敏度高,准确度好,一般其相对误差在 A、不超过±% B、1%~5% C、5%~20%
D 、5%~10% E 、%~1% 7.在分光光度分析中,透过光强度(I t )与入射光强度(I 0)之比,即I t / I 0称 为 A 、吸光度 B 、透光率 C 、吸光系数 D 、光密度 E 、 消光度 8.当入射光的强度(I 0)一定时,溶液吸收光的强度(I a )越小,则溶液透过光的 强度(I t ) A 、越大 B 、越小 C 、保持不变 D 、等于0 E 、以 上都不正确 9.朗伯-比尔定律,即光的吸收定律,表述了光的吸光度与 A 、溶液浓度的关系 B 、溶液液层厚度的关系 C 、波长的关系 D 、溶液的浓度与液层厚度的关系 E 、溶液温度的关系 10.符合光的吸收定律的物质,与吸光系数无关的因素是 A 、入射光的波长 B 、吸光物质的性质 C 、溶 液的温度 D 、溶剂的性质 E 、在稀溶液条件下,溶液的浓度 11.在吸收光谱曲线上,如果其他条件都不变,只改变溶液的浓度,则最大吸收波长的位置和峰的 高度将 A 、峰位向长波方向移动,逢高增加 B 、峰位向短波方向移 动,峰高增加
第九章红外光谱法 基本要求:了解红外吸收光谱和吸收峰特征的表达, 掌握红外吸收光谱产生的条件,影响吸收峰位置、峰数和强度的因素, 掌握主要的IR谱区域以及在这些区域里引起吸收的键振动的类型, 掌握常见基团的特征吸收频率,利用IR谱鉴别构造异构体并能够解析简单化合物的结构,了解红外 吸收光谱的实验技术,了解拉曼光谱的原理及应用。 重点:IR光谱产生的条件,影响吸收峰位置,峰数和强度的因素,常见基团的特征吸收频率。 难点:键振动的类型,IR谱解析,FT-IR的原理和特点。 部分习题解答 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? 条件:(1)分子的振动或转动必须伴随偶极矩的变化;(2)红外辐射应具有能满足分子产生振动跃迁所需的能量(红外辐射频率等于振动量子数差值和振动频率的乘积) 不是所有的分子振动都会产生红外吸收光谱。只有满足上述两个条件的分子振动才会产生红外吸收光谱。例如,同核双原子分子(O2、N2、Cl2)等的振动没有红外活性。 5. 计算CO2和H2O的分子振动自由度,它们分别有几种振动形式,在红外吸收光谱中能看到几个吸收普带?数目是否相符?为什么? CO2:线性分子振动自由度3N-5=3*3-5=4 四种振动形式两个吸收带数目不符对称伸缩振动无偶极矩变化,无红外活性,无吸收峰;面内弯曲和面外弯曲振动简并,只显示一个吸收峰。 H2O:非线性分子振动自由度3N-6=3*3-6=3 三种振动形式三个吸收带数目相符 6.判断正误。 (1)对(2)错(3)错(4)对(5)错(6)错 7、下列同分异构体将出现哪些不同的特征吸收带? (1)CH3 CO2H CO2CH3 (2)C2H3COCH3CH3CH2CH2CHO (3) 解:(1)CH3——COH 在3300~2500cm-1处有v O—H, 其v C=O位于1746~1700cm-1 COCH3无v OH吸收,其v C=O位于1750~1735cm-1(2)C2H5CCH3其v C=O位于1720~1715cm-1 CH3CH2CH2CH 其2820cm-1及2720cm-1有醛基费米共振双峰。 O O O
1、什么是透光率?什么是吸光度?什么是百分吸光系数和摩尔吸光系数 2、举例说明生色团和助色团,并解释长移和短移。 4、电子跃迁有哪几种类型?跃迁所需的能量大小顺序如何?具有什么样结构的化合物产生紫外吸收光谱?紫外吸收光谱有什么特征? 5、以有机化合物的基团说明各种类型的吸收带,并指出各吸收带在紫外—可见吸收光谱中的大概位置和各吸收带的特征。 6、紫外吸收光谱中,吸收带的位置受哪些因素影响? 8、用紫外光谱法定量,测量最适宜的吸光度范围为0.2-0.7的依据是什么?为什么用高精度的仪器此范围可以扩大? 11、简述用紫外分光光度法定性鉴别未知物的方法。 13、说明双波长消去法的原理和优点。怎样选择λ1λ2? 15、为什么最好在λmax处测定化合物的含量? 2、Lambert-Beer定律是描述与和的关系,它的数学表达式是 3、紫外-可见分光光度法定性分析的重要参数是和;定量分析的依据是 4、在不饱和脂肪烃化合物分子中,共轭双键愈多,吸收带的位置长移愈多,这是由于 6、可见--紫外分光光度计的光源,可见光区用灯,吸收池可用材料的吸收池,紫外光区光源用灯,吸收池必须用材料的吸收池 10、分光光度法的定量原理是定律,它的适用条件是和,影响因素主要有、。 11、可见-紫外分光光度计的主要部件包括、、、、和5个部分。在以暗噪音为主的检测器上,设△T=0.5%,则吸收度A的测量值在间,由于测量透光率的绝对误差小,使结果相对误差△c/c的值较小。 15、在分光光度法中,通常采用作为测定波长。此时,试样浓度的较小变化将使吸光度产生变化 1、紫外-可见分光光度法的合适检测波长范围是( ) A.400-800 nm B.200-400nm C.200~800nm D.10~200nm 2、下列说法正确的是( )o A.按比尔定律,浓度C与吸光度A之间的关系是一条通过原点的直线 B.比尔定律成立的必要条件是稀溶液,与是否单色光无关 C.E称吸光系数,是指用浓度为1%(W/V)的溶液,吸收池厚度为lcm时所测得吸光度值 D.同一物质在不同波长处吸光系数不同,不同物质在同一波长处的吸光系数相同 3、在乙醇溶液中,某分子的K带λmax计算值为385nm, λmax测定值388nm,若改用二氧六环及水为溶剂,λmax计算值估计分别为( ) (已知在二氧六环和水中的λmax校正值分别为-5和+8) A .二氧六环中390nm,水中37 7nm B.二氧六环中380nm,水中393 nm C.二氧六环中383nm,水中396nm D.二氧六环中393nm,水中380nm 6、1,3-丁二烯有强紫外吸收,随着溶剂极性的降低,其λmax将( ) A.长移 B.短移 C.不变化,但ε增强D.不能断定 8、在紫外-可见光谱分析中极性溶剂会使被测物吸收峰()
MM_FS_CNG_0301制盐工业通用试验方法 硫酸根离子重量法光度法(适用于微量硫酸根含量的测定)容量法(EDTA络合滴定法) MM_FS_CNG_0301 制盐工业通用试验方法硫酸根离子的测定 1.适用范围 本方法适用于制盐工业中工业盐、食用盐(海盐、湖盐、矿盐、精制盐)、氯化钾、工业氯化镁试样中硫酸根含量的测定。 2.重量法 .原理概要 样品溶液调至弱酸性,加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀,沉淀经过滤、洗涤、烘干、称重,计算硫酸根含量。 .主要试剂和仪器 2.2.1.主要试剂 氯化钡:/L溶液; 配制:称取氯化钡,溶于500mL水中,室温放置24h,使用前过滤; 盐酸:2mol/L溶液; 甲基红:%溶液。 仪器 一般实验室仪器。 .过程简述 吸取一定量样品溶液〔见附录A(补充件)〕,置于400mL烧杯中,加水至150mL,加2滴甲基红指示剂,滴加2mol/L盐酸至溶液恰呈红色,加热至近沸,迅速加入40mL(硫酸根含量>%时加入60mL)/L氯化钡热溶液,剧烈搅拌2min,冷却至室温,再加少许氯化钡溶液检查沉淀是否完全,用预先在120℃烘至恒重的4号玻璃坩埚抽滤,先将上层清液倾入坩埚内,用水将杯内沉淀洗涤数次,然后将杯内沉淀全部移入坩埚内,继续用水洗涤沉淀数次,至滤液中不含氯离子(硝酸介质中硝酸银检验)。以少量水冲洗坩埚外壁后,置电烘箱内于120±2℃烘1h后取出。在干燥器中冷却至室温,称重。以后每次烘30min,直至两次称重之差不超过视为恒重。 .结果计算 硫酸根含量按式(1)计算。 硫酸根(%)=(G1-G2)× ×100 (1) W 式中:G1——玻璃坩埚加硫酸钡质量,g;G2——玻璃坩埚质量,g;W——所取样品质量,g;——硫酸钡换算为硫酸根的系数。 .允许差 允许差见表1。 表 1 硫酸根,%允许差,% < ~<
思考题与练习题 1.有机化合物分子中电子跃迁产生的吸收带有哪几种类型?各有什么特点?在分析上较有实际 应用的有哪几种类型? 2.无机化合物分子中电子跃迁产生的吸收带有哪几种类型?何谓配位场跃迁?请举例加以说 明。 3.采用什么方法可以区别n-π*和π-π*跃迁类型? 4.何谓朗伯-比耳定律(光吸收定律)?数学表达式及各物理量的意义如何?引起吸收定律偏离 的原因是什么? 5.试比较紫外可见分光光度计与原子吸收分光光度计的结构及各主要部件作用的异同点。 6.试比较常规的分光光度法与双波长分光光度法及导数分光光度法在原理及特点是有什么差 别。 7. 分子能发生n-σ*跃迁,为227nm(ε为900)。试问:若在酸中测量时,该吸收峰会怎样变化?为什么? 答案: n-σ*跃迁产生的吸收峰消失。 8. 某化合物的为305nm,而为307nm。试问:引起该吸收的是n-π*还是π-π*跃迁? 答案:为π-π*跃迁引起的吸收带。 9.试比较下列各化合物最大吸收峰的波长大小并说明理由。 (a) (b) (c) (d) 答案: d > c > a > b。 10.若在下列情况下进行比色测定,试问:各应选用何种颜色的滤光片?(1) 蓝色的Cu(Ⅱ)-NH3 配离子;
(2) 红色的Fe(Ⅲ)-CNS-配离子; (3) Ti(Ⅴ)溶液中加入H2O2形成黄色的配离子。 答案: (1)黄色;(2)蓝绿色;(3)蓝色。 11. 排列下列化合物的及的顺序:乙烯、1,3,5-己三烯、1,3-丁二烯。 答案: 1,3,5-己三烯 > 1,3-丁二烯 > 乙烯。 12. 基化氧(4-甲基戊烯酮,也称异丙又丙酮)有两种异构体,其结构为:(A)CH2=C(CH3)-CH2-CO(CH3),(B)CH3-C(CH3)=CH-CO(CH3)。它们的紫外吸收光谱一个为235nm(ε为12000),另一个在220nm以后无强吸收。判别各光谱属于何种异构体? 答案:。 13.紫罗兰酮有两种异构体,α异构体的吸收峰在228nm(ε=14000),β异构体吸收峰在 296nm(ε=11000)。该指出这两种异构体分别属于下面的哪一种结构。 (Ⅰ)(Ⅱ) 答案: I为β,II为α。 思考题与练习题 14.如何用紫外光谱判断下列异构体: (a) (b) (c) (d)
第十一章 吸光光度法 习题11-1 朗伯-比尔定律的物理意义是什么? 答:溶液的吸光度A 与液层厚度b 成正比,与溶液浓度c 成正比,即kbc A = 。 习题11-2 摩尔吸光系数ε的物理意义是什么?它与哪些因素有关? 答:摩尔吸光系数ε数值上等于吸光物质浓度为1.0mol·L -1, 液层厚度为1.0cm 时溶液的吸光度。它与吸光物质的性质有关。 习题11-3 将下列透光度换算成吸光度 ① 10% ② 60% ③100% 解: A = -lg T ① T =10% A = –lg10% = 1 ② T = 60% A = –lg60% = 0.22 ③ T =100% A = –lg100% = 0 习题11-4 某试液用2.0 cm 的比色皿测量时,T = 60%,若改用1.0 cm 或3.0 cm 比色皿,T 及A 等于多少? 解:① T 1 = 60% A 1 = 0.22, 若改用1.0 cm 比色皿 A 2 = 0.11 T 2 = 10-A = 10-0.11 = 78% ②若改用3.0 cm 比色皿 A 3 = 0.33 T 3 = 10-A = 10-0.33 = 47% 习题11-5 5.0×10-5 mol·L -1KMnO 4溶液,在λmax = 525 nm 处用3.0 cm 吸收皿测得吸光度A = 0.336 ① 计算吸光系数a 和摩尔吸光系数ε; ② 若仪器透光度绝对误差ΔT = 0.4%,计算浓度的相对误差 c c ?。 解:① ε =A/bc = 0.336/(5.0?10-5 ?3.0) = 2.2 ?103 L·mol -1·cm -1 c = 5.0 ? 10-5 ? 158.04 = 7.9 ? 10-3 a = 0.336 / (7.9 ? 10-3 ? 3.0) = 14 L ·g -1·cm -1 ② T = 10-0.336 = 0.461 %1.1461 .0lg 461.0% 4.0434.0-=??=?c c 习题11-6 某钢样含镍约0.12%,用丁二酮肟比色法(ε =1.3×104)进行测定。试样溶解后,显色、定容至100.0 mL 。取部分试液于波长470 nm 处用1.0 cm 比色皿进行测量,如希望此时测量误差最小,应称取试样多少克? 解: 154 L m o l 103.310 3.11434 .0--??=??= c m = 3.3 ? 10-5 ? 0.100 ? 58.69 = 1.94 ? 10-4 g %12.01094.14 =?-m m = 0.16 g 习题11-7 5.00×10-5 mol·L -1的KMnO 4溶液在520 nm 波长处用2.0 cm 比色皿测得吸光度A = 0.224。称取钢样1.00 g 溶于酸后,将其中的Mn 氧化成4MnO -,定容100.00 mL 后,在上述相同条件下测得吸光度为0.314。求钢样中锰的含量。
2.重量法 2.1.原理概要 样品溶液调至弱酸性,加入氯化钡溶液生成硫酸钡沉淀,沉淀经过滤、洗涤、烘干、称重,计算硫酸根含量。 2.2.主要试剂和仪器 2.2.1.主要试剂 氯化钡:0.02mol/L溶液; 配制:称取2.40g氯化钡,溶于500mL水中,室温放置24h,使用前过滤; 盐酸:2mol/L溶液; 甲基红:0.2%溶液。 2.2.2.仪器 一般实验室仪器。 2.3.过程简述 吸取一定量样品溶液〔见附录A(补充件)〕,置于400mL烧杯中,加水至150mL,加2滴甲基红指示剂,滴加2mol/L盐酸至溶液恰呈红色,加热至近沸,迅速加入40mL(硫酸根含量>2.5%时加入60mL)0.02mol/L氯化钡热溶液,剧烈搅拌2min,冷却至室温,再加少许氯化钡溶液检查沉淀是否完全,用预先在120℃烘至恒重的4号玻璃坩埚抽滤,先将上层清液倾入坩埚内,用水将杯内沉淀洗涤数次,然后将杯内沉淀全部移入坩埚内,继续用水洗涤沉淀数次,至滤液中不含氯离子(硝酸介质中硝酸银检验)。以少量水冲洗坩埚外壁后,置电烘箱内于120±2℃烘1h后取出。在干燥器中冷却至室温,称重。以后每次烘30min,直至两次称重之差不超过0.0002g视为恒重。 2.4.结果计算 硫酸根含量按式(1)计算。 硫酸根(%)=(G1-G2)×0.4116 ×100 (1) W 式中:G1——玻璃坩埚加硫酸钡质量,g; G2——玻璃坩埚质量,g; W——所取样品质量,g; 0.4116——硫酸钡换算为硫酸根的系数。 2.5.允许差 允许差见表1。 表1 硫酸根,%允许差,% <0.50 0.03 0.50~<1.50 0.04 1.50~3.50 0.05 2.6.分析次数和报告值 同一实验室取双样进行平行测定,其测定值之差超过允许差时应重测,平行测定值之差如不超过允许差取测定值的平均值作为报告值。