仪器分析第十章答案
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H C σas H H C σs H
(2) 面内弯曲振动 面内弯曲振动:
H C
H
H C (剪式, δ)
H
(摇摆,ρ)
(3)面外弯曲振动 面外弯曲振动: 面外弯曲振动
ห้องสมุดไป่ตู้
H C
H
H C (摇摆,ω)
H
(扭曲,τ)
3. 何谓基团频率? 它有什么重要用途?
与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率,基团频率大多集中在 解:与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率 基团频率大多集中在 与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率 基团频率大多集中在4000-1350 cm-1,称为基团频率区,基团频率可用于鉴定官能团. 称为基团频率区,基团频率可用于鉴定官能团. 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.
9.氯仿(CHCl3)的红外光谱说明C-H伸缩振动频率为3100cm-1,对于氘代氯仿 (C2HCl3),其C-2H振动频率是否会改变?如果变化的话,是向高波数还是低波数位 移?为什么?
的相对原子质量不同, 解:由于1H,2H的相对原子质量不同,所以其伸缩振动频率会发生变化. 的相对原子质量不同 所以其伸缩振动频率会发生变化. CHCl3中,M=12x1/(12+1)=0.9237 C2HCl3中.M=12x2/(12+2)=1.714, 由于σ 平方根成反比, 键振动频率会向低波数位移. 由于σ与M平方根成反比,故氘代氯仿中,C-2H键振动频率会向低波数位移. 平方根成反比 故氘代氯仿中, 键振动频率会向低波数位移
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5.影响基团频率的因素有哪些? 有内因和外因两个方面. 解:有内因和外因两个方面 有内因和外因两个方面 内因: 电效应,包括诱导 ;(2)氢键;( ;(3)振动耦合;( ;(4) 内因 (1)电效应 包括诱导,共扼,偶极场效应;( )氢键;( )振动耦合;( ) 电效应 包括诱导,共扼,偶极场效应;( 费米共振;( ;(5)立体障碍;( ;(6)环张力. 费米共振;( )立体障碍;( )环张力. 外因:试样状态,测试条件,溶剂效应,制样方法等. 外因:试样状态,测试条件,溶剂效应,制样方法等.
解:基本依据:红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性,因为每一化合物都 基本依据:红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性, 有特征的红外光谱,光谱带的数目,位置,形状, 有特征的红外光谱,光谱带的数目,位置,形状,强度均随化合物及其聚集态的 不同而不同.定性分析的过程如下: 不同而不同.定性分析的过程如下: (1) 试样的分离和精制;(2)了解试样有关的资料;(3)谱图解析;(4)与标准谱图对 试样的分离和精制; 了解试样有关的资料 了解试样有关的资料; 谱图解析 谱图解析; 与标准谱图对 照;(5)联机检索 联机检索
(6) Formaldehyde C-O bond, σ = 1745 cm-1 从以上数据可以看出,由于 的相对分子质量较小 所以C-H键均出现在高频区, 的相对分子质量较小, 键均出现在高频区, 从以上数据可以看出,由于H的相对分子质量较小,所以 键均出现在高频区 而由同类原子组成的化学键,力常数越大,频率越高,同一类化合键振动频率相 而由同类原子组成的化学键,力常数越大,频率越高, 但在不同化合物中会有所区别. 近,但在不同化合物中会有所区别.
(2) Acetylene C-H bond 同上, 同上,M=12x1/(12+1)=0.9237, σ=3292cm-1. (3)Ethane C-C bond. M=6, σ=1128cm-1 (4)Benzene C-C bond σ =1466cm-1 (5) CH3CN, C≡N, σ = 2144cm-1
第十章 红外光谱法习题解答
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:激发能与分子的振动能级差相匹配 同时有偶极矩的变化. 解:条件 激发能与分子的振动能级差相匹配 同时有偶极矩的变化 条件 激发能与分子的振动能级差相匹配,同时有偶极矩的变化 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱,具有红外吸收活性 只有发生偶极 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱 具有红外吸收活性,只有发生偶极 具有红外吸收活性 矩的变化时才会产生红外光谱. 矩的变化时才会产生红外光谱 2.以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 对称与反对称伸缩振动: 解:( 1) 对称与反对称伸缩振动
(6)甲醛 C-O键,k=12.3N.cm-1; 由所得计算值,你认为可以说明一些什么问题?
解:(1)ethane C-H bond: :(1
N 1/ 2 k σ= A 2πc M M1 M 2 , N 1/ 2 / 2πc = 4.12 M= A M1 + M 2 6.023 × 10 23 σ= 2 × 3.14159 × 2.998 × 1010 5.1× 105 = 3061cm 1 0.9237
OH
O
10.
和
是同分异构体,如何应用红外光谱检测它们?
会有一强吸收带, 解:后者分子中存在-C=O,在1600cm-1会有一强吸收带,而前者则无此特征 后者分子中存在 , 峰.
11.某化合物在3640-1740cm-1区间,IR光谱如下图所示.该化合物应是氯苯(I),苯 (II), 或4-叔丁基甲苯中的哪一个?说明理由.
7. 将800nm换算为(1)波数;(2)m单位. 解:
107 σ / cm 1 = = 107 / 800 = 12500 λ / nm λ / m = 800 / 103 = 0.8
8.根据下列力常数k数据,计算各化学键的振动频率(cm-1). (1)乙烷C-H键,k=5.1N.cm-1;(2)乙炔C-H键,k=5.9N.cm-1; (3)乙烷C-C键,k=4.5N.cm-1; (4)苯C-C键,k=7.6N.cm-1; (5)CH3CN中的C≡N键, k=17.5N.cm-1
因为IR中在 中在1740-2000cm-1之间存在一个双峰,强度较弱,为对位双 之间存在一个双峰,强度较弱, 解:应为III, 因为 中在 应为 取代苯的特征谱带,而在2500-3640cm-1之间的两个中强峰,则为 之间的两个中强峰,则为CH3-对称与不 取代苯的特征谱带,而在 对称与不 对称伸缩振动的特征谱带. 对称伸缩振动的特征谱带.
6. 何谓指纹区?它有什么特点和用途?
光谱中, 的低频区称为指纹区. 解:在IR光谱中,频率位于 光谱中 频率位于1350-650cm-1的低频区称为指纹区.指纹区的主要 价值在于表示整个分子的特征,因而适用于与标准谱图或已知物谱图的对照, 价值在于表示整个分子的特征,因而适用于与标准谱图或已知物谱图的对照, 以得出未知物与已知物是否相同的准确结论, 以得出未知物与已知物是否相同的准确结论,任何两个化合物的指纹区特征都 是不相同的. 是不相同的.
(2) 面内弯曲振动 面内弯曲振动:
H C
H
H C (剪式, δ)
H
(摇摆,ρ)
(3)面外弯曲振动 面外弯曲振动: 面外弯曲振动
ห้องสมุดไป่ตู้
H C
H
H C (摇摆,ω)
H
(扭曲,τ)
3. 何谓基团频率? 它有什么重要用途?
与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率,基团频率大多集中在 解:与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率 基团频率大多集中在 与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率 基团频率大多集中在4000-1350 cm-1,称为基团频率区,基团频率可用于鉴定官能团. 称为基团频率区,基团频率可用于鉴定官能团. 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.
9.氯仿(CHCl3)的红外光谱说明C-H伸缩振动频率为3100cm-1,对于氘代氯仿 (C2HCl3),其C-2H振动频率是否会改变?如果变化的话,是向高波数还是低波数位 移?为什么?
的相对原子质量不同, 解:由于1H,2H的相对原子质量不同,所以其伸缩振动频率会发生变化. 的相对原子质量不同 所以其伸缩振动频率会发生变化. CHCl3中,M=12x1/(12+1)=0.9237 C2HCl3中.M=12x2/(12+2)=1.714, 由于σ 平方根成反比, 键振动频率会向低波数位移. 由于σ与M平方根成反比,故氘代氯仿中,C-2H键振动频率会向低波数位移. 平方根成反比 故氘代氯仿中, 键振动频率会向低波数位移
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5.影响基团频率的因素有哪些? 有内因和外因两个方面. 解:有内因和外因两个方面 有内因和外因两个方面 内因: 电效应,包括诱导 ;(2)氢键;( ;(3)振动耦合;( ;(4) 内因 (1)电效应 包括诱导,共扼,偶极场效应;( )氢键;( )振动耦合;( ) 电效应 包括诱导,共扼,偶极场效应;( 费米共振;( ;(5)立体障碍;( ;(6)环张力. 费米共振;( )立体障碍;( )环张力. 外因:试样状态,测试条件,溶剂效应,制样方法等. 外因:试样状态,测试条件,溶剂效应,制样方法等.
解:基本依据:红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性,因为每一化合物都 基本依据:红外对有机化合物的定性具有鲜明的特征性, 有特征的红外光谱,光谱带的数目,位置,形状, 有特征的红外光谱,光谱带的数目,位置,形状,强度均随化合物及其聚集态的 不同而不同.定性分析的过程如下: 不同而不同.定性分析的过程如下: (1) 试样的分离和精制;(2)了解试样有关的资料;(3)谱图解析;(4)与标准谱图对 试样的分离和精制; 了解试样有关的资料 了解试样有关的资料; 谱图解析 谱图解析; 与标准谱图对 照;(5)联机检索 联机检索
(6) Formaldehyde C-O bond, σ = 1745 cm-1 从以上数据可以看出,由于 的相对分子质量较小 所以C-H键均出现在高频区, 的相对分子质量较小, 键均出现在高频区, 从以上数据可以看出,由于H的相对分子质量较小,所以 键均出现在高频区 而由同类原子组成的化学键,力常数越大,频率越高,同一类化合键振动频率相 而由同类原子组成的化学键,力常数越大,频率越高, 但在不同化合物中会有所区别. 近,但在不同化合物中会有所区别.
(2) Acetylene C-H bond 同上, 同上,M=12x1/(12+1)=0.9237, σ=3292cm-1. (3)Ethane C-C bond. M=6, σ=1128cm-1 (4)Benzene C-C bond σ =1466cm-1 (5) CH3CN, C≡N, σ = 2144cm-1
第十章 红外光谱法习题解答
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:激发能与分子的振动能级差相匹配 同时有偶极矩的变化. 解:条件 激发能与分子的振动能级差相匹配 同时有偶极矩的变化 条件 激发能与分子的振动能级差相匹配,同时有偶极矩的变化 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱,具有红外吸收活性 只有发生偶极 并非所有的分子振动都会产生红外吸收光谱 具有红外吸收活性,只有发生偶极 具有红外吸收活性 矩的变化时才会产生红外光谱. 矩的变化时才会产生红外光谱 2.以亚甲基为例说明分子的基本振动模式. 对称与反对称伸缩振动: 解:( 1) 对称与反对称伸缩振动
(6)甲醛 C-O键,k=12.3N.cm-1; 由所得计算值,你认为可以说明一些什么问题?
解:(1)ethane C-H bond: :(1
N 1/ 2 k σ= A 2πc M M1 M 2 , N 1/ 2 / 2πc = 4.12 M= A M1 + M 2 6.023 × 10 23 σ= 2 × 3.14159 × 2.998 × 1010 5.1× 105 = 3061cm 1 0.9237
OH
O
10.
和
是同分异构体,如何应用红外光谱检测它们?
会有一强吸收带, 解:后者分子中存在-C=O,在1600cm-1会有一强吸收带,而前者则无此特征 后者分子中存在 , 峰.
11.某化合物在3640-1740cm-1区间,IR光谱如下图所示.该化合物应是氯苯(I),苯 (II), 或4-叔丁基甲苯中的哪一个?说明理由.
7. 将800nm换算为(1)波数;(2)m单位. 解:
107 σ / cm 1 = = 107 / 800 = 12500 λ / nm λ / m = 800 / 103 = 0.8
8.根据下列力常数k数据,计算各化学键的振动频率(cm-1). (1)乙烷C-H键,k=5.1N.cm-1;(2)乙炔C-H键,k=5.9N.cm-1; (3)乙烷C-C键,k=4.5N.cm-1; (4)苯C-C键,k=7.6N.cm-1; (5)CH3CN中的C≡N键, k=17.5N.cm-1
因为IR中在 中在1740-2000cm-1之间存在一个双峰,强度较弱,为对位双 之间存在一个双峰,强度较弱, 解:应为III, 因为 中在 应为 取代苯的特征谱带,而在2500-3640cm-1之间的两个中强峰,则为 之间的两个中强峰,则为CH3-对称与不 取代苯的特征谱带,而在 对称与不 对称伸缩振动的特征谱带. 对称伸缩振动的特征谱带.
6. 何谓指纹区?它有什么特点和用途?
光谱中, 的低频区称为指纹区. 解:在IR光谱中,频率位于 光谱中 频率位于1350-650cm-1的低频区称为指纹区.指纹区的主要 价值在于表示整个分子的特征,因而适用于与标准谱图或已知物谱图的对照, 价值在于表示整个分子的特征,因而适用于与标准谱图或已知物谱图的对照, 以得出未知物与已知物是否相同的准确结论, 以得出未知物与已知物是否相同的准确结论,任何两个化合物的指纹区特征都 是不相同的. 是不相同的.