振动光谱和能谱仪习题 完整含答案版(2016)

振动光谱和能谱仪习题完整含答案版(2016)
振动光谱和能谱仪习题（2016）
一．选择题
1．红外光谱是（）
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（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（）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（）
Ａ：H2O Ｂ：CO2 Ｃ：HCl Ｄ：N2
5 分子不具有红外活性的,必须是（）
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-O伸缩振动波数在2500～1500cm?1 ）
C:N-H弯曲振动波数在4000～2500cm
D:C-N伸缩振动波数在1500～1000cm
E:C≡N伸缩振动在1500～1000cm
?1?1?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（）
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: CH3C≡N中C≡N键, k?17.5?105达因?cm?1
E:蚁醛中C=O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（）
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（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（）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（））
A:
D:
B: E
:
C:
12．下面四个化合物中的C=C伸缩振动频率最小的是（）
A:
B: C:
D
:
13．两个化合物
(1)
,(2)
的谱带是（）
?1A(1)式在～3300cm有吸收而(2)式没有
B:(1)式和(2)式在～3300cm都有吸收,后者为双峰
C:(1)式在～2200cm有吸收
D:(1)式和(2)式在～2200cm都有吸收
E: (2)式在～1680cm有吸收
?1?1?1?1如用红外光谱鉴别,主要依据
14．合物在红外光谱的3040～3010cm及1680～1620cm区域有吸收,则下面五个化合物最可能的是（）?1?1
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（）
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（）
（A）4 （B）3 （C）2 （D）1
17. CH3—CH3的哪种振动形式是非红外活性的（）
（A）υC-C （B）υC-H （C）δasCH （D）δsCH
18. 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（）
（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 0
B 1
C 2
D 3
20. 红外光谱法, 试样状态可以（）
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（）
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（）
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（）
A CH3－CHO
B CH3－CO-CH3
C CH3－CHOH-CH3
D CH3－O-CH2-CH3
24. 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（）
A、醛
B、酮
C、羧酸
D、烯烃
25.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
26.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？
结构Ⅱ。

3300cm-1 谱带(-C≡C-H)的存在排除了Ⅲ，在1900～1650cm-1 缺少
C=O 伸缩可排除Ⅰ和Ⅲ。

注意光谱中-C≡C- 伸缩是很弱的带
27.一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？
结构Ⅲ。

因为存在芳香C-H 伸缩（大于3000cm-1）和脂肪C-H 伸缩
(3000～2700cm-1)，仅有结构Ⅲ与其一致。

28.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
29.羰基化合物中,
( 2 )
(1) (2) F(3) l C
O (4) r BRC=O伸缩振动频率最高者为
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
3 C-H,和C-O键的伸缩振动谱带,波数最小的是.
4 在振动过程中,键或基团的,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)C8H18,U (2)C4H7N, U=
.
(3)
6 C=O和C=C键的伸缩振动谱带,强度大的是
7 在中红外区(4000～650cm)中,人们经常把4000～1350cm区域称为_官能团区_,而把1350～650cm区域称为_ 指纹区.
8 氢键效应使OH伸缩振动频率向__低波数_波方向移动.
9 羧酸在稀溶液中C=O吸收在～1760cm,在浓溶液，纯溶液或固体时，健的力?1?1，U＝?1?1
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者__,原因是_ 超共轭效应__.
11 试比较与,在红外光谱中羰基伸缩振动的波数大的是者__,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而使环内双键的伸缩振动频率__减少_.
13根据互相排斥规则，凡具有对称中心的分子，它们的红外吸收光谱与拉曼散射光谱没有频率相同的谱带。

14、同种分子的非极性键S-S，C=C，N=N，C?C产生强随单键?双键?三键谱带强度增加。

15C ?N，C=S，S-H伸缩振动产生的谱带一般较弱或强度可变，而在拉曼光谱中则是强谱带。

16、醇和烷烃的光谱是相似的。

17、一般红外及拉曼光谱，可用以下几个规则判断(1)互相2）互相允许规则（3）互相禁止规则
18.化合物CH3COOCH2C≡CH
CCH 在3300~3250cm-1的吸收对应_________伸缩振动_______;
在3000~2700cm-1的吸收对应________ CH3－和－CH2－伸缩振动___; 在2400~2100cm-1的吸收对应______CC伸缩振动；______;
在1900~1650cm-1的吸收对应______ C＝O伸缩振动__________。

19.化合物
H
在3750~3000cm-1的吸收对应___________O-H____________
在3000~2700cm-1的吸收对应___________C-H 醛基______________; 在1900~1650cm-1的吸收对应______________C=O___________; 在1600~1450cm-1的吸收对应_______C=C________。

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-COOCH3
b 苯酚和环己醇
3.下列振动中哪些不会产生红外吸收峰？
（1）CO的对称伸缩
（2）CH3CN中C—C键的对称伸缩
（3）乙烯中的下列四种振动
（A）
（
（C）（4、下列化合物在红外光谱中哪一段有吸收？各由什么类型振动引起？HO —CH = O CH3—CO2CH2C≡CH
（B）
5、红外光谱（图10-28）表示分子式为C8H9O2N的一种化合物，其结构与下列结构式哪一个符合？
（A）
（B）
（
C）
6、芳香化合物C7H8O，红外吸收峰为3380、3040、2940、1460、1010、690和740cm-1，试推导结构并确定各峰归属。

7.一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。

(A)
(B)
8.下图是分子式为C8H8O化合物的红外光谱图,bp=202℃,试推测其结构。

9.请根据下面的红外光谱图试推测化合物C7H5NO3（mp106℃）的结构式。

10.分子式为C8H16的未知物，其红外光谱如图，试推测结构。

11.现有一未知化合物，可能是酮、醛、酸、酯、酸酐、酰胺。

试设计一简单方法鉴别之。

[答] 鉴别羰基化合物，快而有效的方法是用IR 光谱法。

测定该未知试样的IR 光谱图，然后观察特征吸收。

若3300 ～2500 cm-1 有一宽吸收带为酸
若3500 cm-1 左右有中强峰（或等强度双峰），为酰胺
若1300 ～1000 cm-1 有中等强度吸收，为酯
若2850 ～2750 cm-1 有弱吸收带，为醛
若1810 和1760 cm-1 有两个吸收峰，为酸酐
若以上五种情况均无，为酮。

12.下图是某化合物的IR 光谱图，试问该化合物是芳香族还是脂肪族？（如图）
[答] 以下事实可以证明存在芳香环：
1. ? (C-H) 吸收均在3000 cm-1 以上
2. 在1620 cm-1，1500 cm-1 有芳香化合物的骨架振动
以上相关峰说明是芳香化合物
3. 在700 cm-1 附近有C-H 弯曲（面外）强吸收峰，并且在2000～1660cm-1 之间存在有C-H 弯曲泛频弱峰。

13. 有一从杏仁中离析出的化合物，测得它的化学式为C7H6O，其
红外光谱图
如下，试推测它的结构并简要说明之。

答] ? = 1/2 [ 7(4-2) + 6(1-2) + 1(2-2) + 2 ] = 5
＞3000 cm-1 的吸收峰为= CH 的伸缩振动吸收峰
2700 cm-1 附近为典型的C—H 吸收峰
1700 cm-1 附近为C = O 的伸缩振动吸收峰
1600～1450 cm-1 有几个峰为苯环骨架振动吸收峰
690～750 cm-1 有二个吸收峰为一取代苯特征峰
据此可以推断该化合物为
CHO
, ( 苯甲醛)
14.已知一化合物的分子式为C10H10O2, 其IR谱在1685cm-1和3360cm-1等处有吸收, 可能有如下三种结构:
O ABC
（B）不符合?R光谱。

因为（A）与（C）结构中羰基与芳环共轭使? C＝O吸收能量降低，使? C＝O <1700cm-1；
（A）结构中OH与C＝O形成分子内氢键，使? O－H吸收能量也降低，? O－H < 3500cm-1 。

而（C）结构形成分子间氢键，其它两种结构没有这种性质，它们的? C＝O和? OH应> 1700cm-1和在3500cm-1附近。

（写对答案得2 分；写对答案，又分析正确得5分）
15.某化合物其红外光谱图如下，试推测该化合物是：HOCl 还是
ClCH22CH3
？为什么
[答] 是Cl
因为3255 cm-1有强吸收说明有OH。

1595, 1500 cm-1 有吸收说明有苯环。

1700 cm-1 无强吸收，说明不含羰基( C = O ) 所以不可能是ClCH2CH2
2CH3
16分别指出谱图中标记的各吸收峰所对应的基团及振动?
17．红外光区的划分？
18．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?
19. 说明红外光谱产生的机理与条件？
20．红外光谱图的表示法？
21. 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？
22. 何谓拉曼效应？说明拉曼光谱产生的机理与条件？
23.请叙述CS2的拉曼和红外活性的振动模式？
24．比较拉曼光谱与红外光谱。

25．红外与拉曼活性判断规律？指出下列分子的振动方式哪些具有红外活性、哪些具有拉曼活性。

为什么？
（1）O2 、H2
（2）H2O的对称伸缩振动、反对称伸缩振动和弯曲振动。

26、比较红外与拉曼光谱分析的特点。

什么样的分子的振动具有红外或拉曼活性？
何为有机集团的IR特征吸收峰？影响红外吸收峰发生移动的因素有哪些？
27、请叙述碳纳米管拉曼光谱中三个不同拉曼位移的物理意义。

特征峰1：碳纳米管的直径，2是D带即缺陷信息，3是切向伸缩模式即电子特性
28、解释名词：
A 拉曼散射与瑞利散射；
单色光照射透光的样品，大部分的光被透过，小部分被散射，散射分为两类：
1、拉曼散射：光子与样品分子发生非弹性碰撞，不仅光子方向改变且有能量交换；
2、瑞利散射：光子与样品分子发生弹性碰撞，无能量交换，仅仅改变方向。

B Stokes线与anti-Stokes线
Stokes线：光子将部分能量给样品分子散射光的能量减少，在低频处测得的散射光线。

Anti-Stokes线：光子从样品中获得能量，散射光的能量增大，在高频处测得的散射光线。

C 拉曼位移
能量变化所引起的散射光频率变化称为拉曼位移。

D 拉曼光谱的表面增强效应（SERS）
SERS效应是在激发区域内，由于样品表面或近表面的电磁场的增强导致的拉曼散射信号极大的增强。

29、最常用的表面分析技术有哪些? 它们各自可测的元素有哪些？它们可获得哪些表面信息？它们各有何优点？
XPS、AES和SIMS是目前广泛使用的三种最常用的表面分析技术。

XPS 和AES可检测原子序数>2的所有元素；而SIMS可检测所有的元素。

XPS 主要获取表面元素和化学键信息，此外还可得到元素深度分布和价带结构等信息；AES主要获取表面元素信息，此外还可得到元素深度分布和表面成像以及化学键等信息；SIMS主要获取表面元素和同位素信息，此外还可得到元素深度分布和表面成像以及化合物等信息。

XPS的最大特色在于能获取丰富的化学信息，定量分析好，对样品表面的损伤最轻微；AES的最大特色是空间分辨力非常好，具有很高的微区分析能力，可进行表面分布成像。

SIMS的最大特色是检测灵敏度非常高，并可分析H和He以及同位素，可作微区、微量分析以及有机化学分析。

30、用电子能谱进行表面分析对样品有何一般要求？有哪些清洁表面的常用制备方法？
由于电子能谱测量要在超高真空中进行，测量从样品表面出射的光电子或俄歇电子。

所以对检测的试样有一定的要求：即样品在超高真空下必须稳定，无腐蚀性，无磁性，无挥发性。

另外在样品的保存和传送过程中
应尽量避免样品表面被污染。

在任何时候，对被分析样品的表面都应尽量少地接触和处理。

常用清洁表面的制备方法有：真空解理、断裂，稀有气体离子溅射，真空刮削，高温蒸发，真空制备薄膜等。

31、什么是化学位移？它们有何实际应用？
原子因所处化学环境不同而引起的内壳层电子结合能变化，在谱图上表现为谱峰的位移，这种现象称为化学位移。

所谓某原子所处化学环境不同有两方面的含义：一是指与它相结合的元素种类和数量不同；二是指原子具有不同的价态。

电子的结合能与体系的终态密切相关。

由电离过程中引起的各种激发产生的不同体系终态对电子结合能的影响称为终态效应。

电离过程中除了驰豫现象外，还会出现诸如多重分裂，电子的震激(Shake up)和震离(Shake off)等激发状态。

这些复杂现象的出现同体系的电子结构密切相关，它们在XPS谱图上表现为除正常光电子主峰外，还会出现若干伴峰。

化学位移和终态效应常用来作元素化学态的识别，并可以推知原子结合状态和电子分布状态。

此外它们还可以给出某些体系的结构信息。

它们可提供材料表面丰富的物理和化学信息。

32、在XPS谱图中可观察到几种类型的峰？从XPS谱图中可得到哪些表面有关的物理和化学信息？
在XPS谱图中可观察到几种类型的峰。

一部分是基本的并总可观察到，另一些依赖于样品的物理和化学性质。

i. 光电子谱线(photoelectron lines)；ii. 俄歇电子谱线(Auger lines)；iii. X射线卫星峰(X-ray satellites)；iv. X射线
鬼线(X-ray
“ghosts”)；v. 震激谱线(shake-up lines)；vi. 多重分裂(multiplet splitting)；vii. 能量损失谱线(energy loss lines)；viii. 价电子线和价带(valence lines and bands)。

XPS主要通过测定内壳层电子能级谱的化学位移可以推知原子结合状态和电子分布状态。

XPS可提供的信息有样品的组分、化学态、表面吸附、表面态、表面价电子结构、原子和分子的化学结构、化学键合情况等。

X射线光电子能谱进行元素鉴别的依据是各种元素的光电子峰结合能具有特征性和唯一性，即具有元素的“指纹”特征；进行化学态识别的主要依据是化学位移和各种终态效应以及价带谱特征等。

33、用X射线光电子能谱进行元素鉴别时的一般分析步骤有哪些？
用X射线光电子能谱进行元素鉴别是通过测定谱中不同元素芯光电子峰的结合能直接进行的。

就一般解析过程而言，①我们总是首先鉴别那些总是存在的元素的谱线，特别是C和O的谱线；②其次鉴别样品中主要元素的强谱线和有关的次强谱线；③最后鉴别剩余的弱谱线，假设它们是未知元素的最强谱线；④对于p，d，f 谱线的鉴别应注意它们一般应为自旋双线结构，它们应有一定的能量间隔和强度比，p 线的强度比约为1:2，d 线的强度比约为2:3，f 线的强度比约为3:4。

34、俄歇电子能谱的基本原理是什么？俄歇电子的能量主要与哪些因素有关？俄歇电子能谱(AES)的基本原理是俄歇效应。

当原子的内层电子被激发形成空穴后，原子处于较高能量的激发态，这一状态是不稳定的，它将自发跃迁到能量较低的状态（退激发过程），其中非辐射退激发过程通过原子内部的转换过程把能量交给较外层的另一电子，使它克服结合能
而向外发射(Auger过程)。

向外辐射的电子称为俄歇电子，其能量仅由相关能级决定，与原子激发状态的形成原因无关。

因而它具有"指纹"特征，可用来鉴定元素种类。

35、俄歇电子能谱有何突出优点？它可给出哪些表面的物理和化学信息？AES的最大优点是优异的空间分辨率，具有很高的微区分析能力，可进行表面成像，具有高的(亚单层)表面灵敏度，对表面损伤较小。

AES可给出如下表面特征：化学组成，覆盖度，键中的电荷转移，电子态密度和表面键中的电子能级等。

由于电子束可细微聚焦、偏转和扫描，所以还可测出元素在表面的分布(SAM)。

当与离子刻蚀相结合还可得到元素在深度方向的分布。

在某些条件下还可给出元素在表面的化学状态信息。