第8章红外光谱分析参考答案

第8章 红外作业1. 已知O-H 键的力常数是7.7N/cm ，O-H 键折合质量μ为0.941，试计算O —H 的伸缩振动频率（以cm -1） 解：1-24510cm371210673.1941.0107.710314.32121=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==-μπνkc2. 已知C=O 键的伸缩振动频率为1720cm -1，其μ为6.85，试求C=O 键的力常数k 。

解：μ=6.85×1.673×10-24=1.146×10-23N/cm12.03 dyn/cm 10203.110146.1)1720103(3.144μ)νc 4(k μk c 21ν6232102=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯===-ππ3. 指出下列各种振动形式那些是红外活性振动？哪些是非红外活性振动？解：乙烷中C-C 为非红外活性振动。

1，1，1-三氯乙烷中 C-C 为红外活性振动。

SO 2中S=O ，为红外活性振动。

4． 如何用红外光谱区别下列化合物 （1）CH 3COOH和COOCH 3（2）CH 3CH 2C CH 3O和 CH 3CH 2CH 2CHO（3）OH 和O（4）C 2H 5C C CH 3HH和C 2H 5C CHHCH 3解（1）根据3300~2500cm -1是否出现O-H 伸缩振动吸收峰（宽峰）区分酸和酯。

（2）根据2720cm -1是否出现醛基的C-H 费米共振吸收峰区分出醛来。

（3）根据1650-1850cm -1是否出现C=O 吸收峰判断出酮来。

（4）顺式烯烃C-H 弯曲振动在675-725cm -1,反式烯烃C-H 弯曲振动在1000~950cm -1.5．把下列化合物按νC=O 波数增加的顺序进行排列，并说明理由。

解：（1）C H 3C OCH 3C H 3C O OH C H 3C O Cl C H 3C O F <<<(2)C H 3C O CH 3C H 3C O HC H 3C OOC 2H 5C H 3C O Cl <<<C H 3C ONH 2<6.下列基团的νC-H 出现在什么位置？（1）-CH3 （2）-CH=CH2 （3）-C ≡CH （4）C O H解：甲基：2800-3000 cm -1 乙烯基3000~3100 cm -1 乙炔基3200~3300 cm -1 醛基 2720 (2750-2850) cm -17．试从下列红外数据判断其二甲苯的取代位置。

第八章1．什么叫黑体？在热辐射理论中为什么要引入这一概念？2．温度均匀得空腔壁面上的小孔具有黑体辐射的特性，那么空腔内部壁面的辐射是否也是黑体辐射？3．试说明，为什么在定义物体的辐射力时要加上＂半球空间＂及＂全部波长＂的说明？ 4．黑体的辐射能按波长是怎样分布的？光谱吸收力λb E 的单位中分母的＂3m ＂代表什么意义？5．黑体的辐射按空间方向是怎样分布的？定向辐射强度与空间方向无关是否意味着黑体的辐射能在半球空间各方向上是均匀分布的？6．什么叫光谱吸收比？在不同光源的照耀下，物体常呈现不同的颜色，如何解释？ 7．对于一般物体，吸收比等于发射率在什么条件下才成立？8，说明灰体的定义以及引入灰体的简化对工程辐射传热计算的意义．9．黑体的辐射具有漫射特性．如何理解从黑体模型（温度均匀的空腔器壁上的小孔）发出的辐射能也具有漫射特性呢？ 黑体辐射基本定律8-1、一电炉的电功率为1KW ，炉丝温度为847℃，直径为1mm 。

电炉的效率为0.96。

试确定所需炉丝的最短长度。

解：5.67×341096.010*******⨯=⎪⎭⎫ ⎝⎛+dL π得L=3.61m8-2、直径为1m 的铝制球壳内表面维持在均匀的温度500K ，试计算置于该球壳内的一个实验表面所得到的投入辐射。

内表面发射率的大小对这一数值有否影响？解：由40100⎪⎭⎫⎝⎛=T C E b ＝35438 W/2m 8-3、把太阳表面近似地看成是T=5800K 的黑体，试确定太阳发出的辐射能中可光所占的百分数。

解：可见光波长范围是0.38～0.76m μ40100⎪⎭⎫⎝⎛=T C E b ＝64200 W/2m可见光所占份额()()()%87.44001212=---=-λλλλb b b F F F8-4、一炉膛内火焰的平均温度为1500K ，炉墙上有一着火孔。

试计算当着火孔打开时从孔向外辐射的功率。

该辐射能中波长为2m μ的光谱辐射力是多少？哪种波长下的能量最多？解：40100⎪⎭⎫⎝⎛=T C E b ＝287W/2m ()310/51/1074.912m W e c E T c b ⨯=-=-λλλT ＝1500K 时，m m 121093.1-⨯=λ8-5、在一空间飞行物的外壳上有一块向阳的漫射面板。

第八章红外光谱分析参考答案一、判断题1、×2、√3、√4、√5、×6、×7、√二、选择题1、D2、B3、B4、C5、B6、C7、B8、B9、D 10、D 11、A 12、A 13、C 14、D 15、B 16、D17、C 18、C 19、C 20、B 21、A三、填空题1、（偶极矩）2、（C=O ）3、（4000-1300cm-1）（基团频率）（1300-600cm-1 ）（指纹区）4、（低）( 低)5、（低）（高）6、（分子在振动过程中有偶椎矩变化）（幅射频率满足振动跃迁所需能量）三、简答题：1、答：（1）、（3）、（5）中的碳碳双键振动无红外活性，（2）、（4）中的碳碳双键振动有红外活性。

2、答：（1）前者在3200~3600cm –1有强而宽的—OH振动吸收峰，后者则无，可以用红外吸收区别。

（2）可以区别，前者有强而宽的—OH振动吸收峰，后者则无。

（3）可以区别。

后者的C=O基吸收峰低于前者（共轭效应）。

（4）可以区别。

前者的C=O基吸收峰低于后者。

（5）可以区别，前者的C=C双键峰很弱（分子对称），后者的则较强（分子不对称）。

3、答：A、前者由于诱导效应，相当于增加C=O双键上的电子云密度，即双键性增强，所以C=O基振动频率向高波数区移动。

中间化合物增加了双键的共轭效应，C=O基振动频率向低波数移动。

第三个化合物由于形成了大的p-π共轭体系，使C=O基振动频率继续下降。

B、第二个化合物中由于诱导效应，相当于增加C=O双键上的电子云密度，即双键性增强，所以C=O基振动频率向高波数区移动。

第三个化合物是由于中介效应起主导作用。

4、答：化合物的不饱和度为U=2，可能含二个双键或一个环一个双键。

红外光谱中3020 cm-1有吸收，说明含不饱和碳氢键，即=C-H，1690 cm-1是C=O 的振动吸收，1620 cm-1是C=C双键的振动吸收，说明分子为不对称性结构，2900 cm-1是甲基、亚甲基的吸收。

第八章现代物理实验方法在有机化学中的应用1．指出下列化合物能量最低的电子跃迁的类型。

答案：⑴. π-π* ⑵．n-σ*⑶．n-π* ⑷． n-σ* ⑸. п-п*2．按紫外吸收波长长短的顺序，排列下列各组化合物。

⑴.⑵．CH3-CH=CH-CH=CH2 CH2=CH-CH=CH2 CH2=CH2(3)．CH3I CH3Br CH3Cl⑷．⑸. 反-1,2-二苯乙烯顺-1,2-二苯乙烯答案：⑴以环己酮为基准，添加共轭双键及增加助色基都使UV吸收产生红移。

⑵以乙烯为基准，添加共轭双键及增加助色基都使UV吸收产生红移。

CH3-CH=CH-CH=CH2>CH2=CH-CH=CH2>CH2=CH2⑶杂原子的原子半径增大，化合物的电离能降低，吸收带波长红移。

n ® s*CH3I>CH3Br>CH3Cl⑷以苯环为基准，硝基苯增加p-p共轭，氯苯增加p-p共轭，UV吸收红移。

⑸反式异构体的共轭程度比顺式异构体更大。

反-1,2-二苯乙烯>顺-1,2-二苯乙烯3.指出哪些化合物可在近紫外区产生吸收带.(1) (2)CH3CH2OCH(CH3)2(3) CH3CH2C≡CH(4) (5) CH2=C=O (6).CH2=CH-CH=CH-CH3答案：可在近紫外区产生吸收带的化合物是⑷,⑸,⑹。

4、图8-32和图8-33分别是乙酸乙酯和1-己烯的红外光谱图,试识别各图的主要吸收峰:答案：图8-32己酸乙酯的IR图的主要吸收峰是：①.2870-2960cm-1为-CH3,>CH2的V C-H碳氢键伸缩振动。

②.1730cm-1为V C=O羰基伸缩振动。

③.1380cm-1是-CH3的C-H弯曲振动。

④.1025cm-1,1050CM-1为V C-O-C 伸缩振动。

图8-33,1-己烯的IR图主要吸收峰是①.=C-H伸缩振动。

②.-CH3,>CH2中C-H伸缩振动。

③.伸缩振动,④.C-H不对称弯曲振动。

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：2N5 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-cmC:N-H 弯曲振动波数在4000～25001-cm D:C-N 伸缩振动波数在1500～10001-cmE:C ≡N 伸缩振动在1500～10001-cm7.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-⋅cmB: 乙炔中C-H 键, =k 5.9510⨯达因1-⋅cmC: 乙烷中C-C 键, =k 4.5510⨯达因1-⋅cmD: CH 3C ≡N 中C ≡N 键, =k 17.5510⨯达因1-⋅cmE:蚁醛中C=O 键, =k 12.3510⨯达因1-⋅cm8．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 ）A(1)式在～33001-cm 有吸收而(2)式没有B:(1)式和(2)式在～33001-cm 都有吸收,后者为双峰 C:(1)式在～22001-cm 有吸收D:(1)式和(2)式在～22001-cm 都有吸收 E: (2)式在～16801-cm 有吸收14．合物在红外光谱的3040～30101-cm 及1680～16201-cm 区域有吸收,则下面五个化合物最可能的是（A ）A ：B ：C ：D ：E ：15. 一种能作为色散型红外光谱仪色散元件的材料为（C ）A 玻璃B 石英C 卤化物晶体D 有机玻璃16. 预测H2S 分子的基频峰数为（B ）（A ）4 （B ）3 （C ）2 （D ）117. CH3—CH3的哪种振动形式是非红外活性的（A ）（A ）υC -C （B ）υC -H （C ）δasCH （D ）δsCH18. 化合物中只有一个羰基，却在1773cm-1和1736 cm-1处出现 两个吸收峰，这是因为（C ）（A ）诱导效应 （B ）共轭效应 （C ）费米共振 （D ）空间位阻19. Cl2分子在红外光谱图上基频吸收峰的数目（A ）A 0B 1C 2D 320. 红外光谱法, 试样状态可以（D ） A 气体状态 B 固体, 液体状态C 固体状态D 气体, 液体, 固体状态都可以21. 红外吸收光谱的产生是由（C ） 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22. 色散型红外分光光度计检测器多 （C ） A 电子倍增器 B 光电倍增管 C 高真空热电偶 D 无线电线圈23. 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 （C ）A CH3－CHOB CH3－CO-CH3C CH3－CHOH-CH3D CH3－O-CH2-CH324. 某化合物在紫外光区204nm 处有一弱吸收，在红外光谱中有如下吸收峰：3300-2500 cm-1（宽峰），1710 cm-1，则该化合物可能是 （C ） A 、醛 B 、酮 C 、羧酸 D 、烯烃二．填空1 对于同一个化学键而言,台C-H 键,弯曲振动比伸缩振动的力常数__小__,所以前者的振动频率比后者__小___.2 C-H,C-C,C-O,C-Cl,C-Br 键的振动频率,最小的是C-Br_.3 C-H,和C-D 键的伸缩振动谱带,波数最小的是C-D_键.4 在振动过程中,键或基团的_偶极矩_不发生变化,就不吸收红外光.5 以下三个化合物的不饱和度各为多少?(1)188H C ,U =_0__ . (2)N H C 74, U = 2 .(3) ，U ＝_5_.6 C=O 和C=C 键的伸缩振动谱带,强度大的是_C=O_.7 在中红外区(4000～6501-cm )中,人们经常把4000～13501-cm 区域称为_官能团区_,而把1350～6501-cm 区域称为_指纹区.8 氢键效应使OH 伸缩振动频率向__________________波方向移动.9 羧酸在稀溶液中C=O 吸收在～17601-cm ,在浓溶液，纯溶液或固体时，健的力常数会 变小 ,使C=O 伸缩振动移向_长波_方向.10 试比较与,在红外光谱中羰基伸缩振动的波数大的是__后者__,原因是_R ’与羰基的超共轭__.11 试比较与,在红外光谱中羰基伸缩振动的波数大的是_后者__,原因是__电负性大的原子使羰基的力常数增加_.12 随着环张力增大,使环外双键的伸缩振动频率_增加__,而使环内双键的伸缩振动频率__减少_.三．问答题1. 分子的每一个振动自由度是否都能产生一个红外吸收？为什么？2. 如何用红外光谱区别下列各对化合物？a P-CH3-Ph-COOH 和Ph-COOCH3b 苯酚和环己醇3.一个化合物的结构不是A就是B,其部分光谱图如下，试确定其结构。

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：μπkc 21 （1） AN M M M M )(2121+ （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21212121)(1307)(221M M M M k M M M M k cN 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12212121.0079.13453.350079.1453.35130729931307-⋅+⨯⨯⎪⎭⎫+⎪⎭⎫ ⎝⎛cm N M M M M σ解：依照上题的计算公式21212121)(1307)(221M M M M k M M M M k cN 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。

第八章 波谱习题参考答案1、用红外光谱鉴别下列化合物：(1) (A) CH 3(CH 2)3CH=CH 2 (B) CH 3(CH 2)3CH 2CH 3解：(A) C –H 伸缩振动(νC –H )：3010 cm -1、~2980 cm -1均有峰；双键绅缩振动(νC=C )：~1640 cm -1；双键面外弯曲振动(γC=C )：~990 cm -1，910 cm -1。

(B) C –H 伸缩振动(νC –H )：低于3000cm -1；无双键的伸缩振动(νC=C )及双键的面外弯曲振动(γC=C )吸收。

(2) (A) CH 3(CH 2)5CCH (B) CH 3(CH 2)4C CCH 3解：(A) 有~3300 cm -1 (ν≡C –H )、2120 cm -1 (νC ≡H )及~680 cm -1 (δ≡C –H )峰。

(B) 无~3300 cm -1 (ν≡C –H )、2120 cm -1 (νC ≡H )及~680 cm -1 (δ≡C –H )峰； (3) (A)C=CC 6H 5CH 3H H(B)C=CC 6H 5HH CH 3解：(A) 双键面外弯曲振动(γC=C )：~970 cm -1。

(B) 双键面外弯曲振动(γC=C )：~680 cm -1。

(4) (A)CH 3 (B) CH 3解：(A) 有~1600、1500、1580、1460 cm -1苯环特征呼吸振动； (B) 无~1600、1500、1580、1460 cm -1苯环特征呼吸振动； (5) (A) CH 3COCH 2CH 3 (B) CH 3COOCH 2CH 3 解：(A) 有~1715cm -1酮羰基伸缩振动强峰； (B) 有~1740 cm -1酯羰基伸缩振动强峰；2、用1H NMR 谱鉴别下列化合物：(1) (A) (CH 3)2C=C(CH 3)2 (B) (CH 3CH 2)2C=CH 2 解：(A) 一种质子。