实验思考题

偶极矩

1.准确测定溶质摩尔极化度和摩尔折射度时,为什么要外推至无限稀释？

答：测定气相介电常数和密度在实验上困难较大,所以提出溶液法来解决这一问题,但在溶液中存在有溶质分子与溶剂分子以及溶剂分子与溶剂分子间作用的溶剂效应.溶液法的基本思想是:在无限稀释的非极性溶剂的溶液中,溶质分子所处的状态和气相时相近,于是无限稀释溶液中溶质的摩尔极化度就可看作P.

2、电容池的使用应注意哪些问题？

答：（1）测空气电容时，将电容池两极间空隙吹干；

（2）溶液注入电容池时，所加溶液的量必须淹没电容池的两电极；

（3）同种样品、不同样品换样时，必须把电容池两极间空隙处的溶液抽干，然后彻底吹干。

八、讨论

1.从偶极矩的数据可以了解分子的对称性,判别其几何异构体和分子的主体结构等问题.偶极矩一般是通过测定介电常数,密度,折射率和浓度来求算的.对介电常数的测定除电桥法外,其他还有拍频法和谐振法等.对气体和电导很小的液体以拍频法为好,有相当电导的液体用谐振法较为合适;对于有一定电导但不大的液体用电桥法较为理想.

2.溶液法测得的溶质偶极矩和气相测得的真空值之间存在着偏差,造成这种偏差现象主要是由于在溶液中存在有溶质分子与溶剂分子以及溶剂分子与溶剂分子间作用的溶剂效应.

磁化率

3、

配合物的空间结构：

FeSO4•7H2O的结构式为 [Fe(II)(H2O)6] SO4•H2O，即中心原子Fe2+由周围的6个水分子配位，形成的是正八面体空间结构。

K4Fe(CN)6•3H2O的结构式为K4 [Fe(II)(CN)6]•3H2O，即中心原子Fe2+由周围的6个氰根离子配位，形成的也是正八面体空间结构。

配位场的电子结构（主要按照“配位场理论”讨论）：[4]

ML6型配合物分子的配位场电子轨道依次是(a1g)(t1u)(eg)(t2g)(e*g)(t*1u)(a*1g) 。

[Fe(II)(H2O)6]2+，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周围6个水分子配体共提供12个配位电子，6+12=18电子。又因为水分子是弱配体，故[Fe(II)(H2O)6]2+的配位场电子结构为(a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)4(e*g)2 。

可见在 (t2g) 和 (e*g) 轨道上各有2个未成对电子，共有n=4 ；另外按照杂化轨道理论称之为sp3d2型配键。

所以FeSO4•7H2O是弱场高自旋的“电价配合物”。

又如[Fe(II)(CN)6]4-，其中心原子Fe2+提供6个3d电子，周围6个氰根配体共提供12个配位电子，6+12=18电子。又因为氰根离子是强配体，故[Fe(II)(CN)6]4-的配位场结构与上述的不同，为(a1g)2(t1u)6(eg)4(t2g)6(e*g)0 。

可见在所有轨道上都没有未成对电子，n=0 ；另外按照杂化轨道理论称之为d2sp3型配键。

所以K4Fe(CN)6•3H2O是强场低自旋的“共价配合物”。

不同磁场强度H下样品的摩尔磁化率χM不同：[1]

不同励磁电流I（因而不同磁场强度H）下测得的摩尔磁化率χM并不相同！

因为这一关系式是经典电磁理论的统计力学结果，它把磁矩取向视为可以连续变化的；但是基于量子力学理论，磁矩取向是量子化的而不能连续改变，上述对的线性关系只是在<<1条件下的一阶近似。磁场强度H足够大时，必须考虑的高阶修正项如。

所以只是在的一阶近似下表现为不随H改变的常数；当高阶修正项不能忽略时，

摩尔磁化率χM表现为随磁场强度H（因而也随励磁电流I）改变的量。

思考与讨论：

1、简述用磁天平法测定磁化率的基本原理

磁化率是各种物质都普遍具有的属性。考察组成物质的分子：

如果分子中的电子都是成对电子，则这些电子对的轨道磁矩对外加磁场表现出“抗磁性”或“反磁性”，该物质的磁化率将是一个负值，其数量级约10-5~10-6emu。

但是如果分子中还存在非成对电子，那么这些非成对电子产生的磁矩会转向外磁场方向，并且这种效应比产生“抗磁性”的楞次定律效应强很多，完全掩盖了成对电子的“抗磁性”而表现出“顺磁性”，其磁化率是正值，数量级约10-2~10-5emu。原子

核的自旋磁矩也会产生顺磁效应，不过核顺磁磁化率只有约10-10emu，一般不予考虑。

上述的顺磁性和抗磁性均为弱磁性，其相应的磁化率都远小于1；还有一种“铁磁性”，其磁化率远大于1——被称为强磁性。弱磁性和强磁性还有一个显著区别是：

弱磁性物质的磁化率基本上不随磁场强度而变化，强磁性物质的磁化率却随磁场强度

而剧烈变化。[1]

可见，测量磁化率可以区分物质的磁性类型，还可以检测外界条件改变时磁性的转变；测定顺磁性物质的磁化率，有助于计算出每个分子中的非成对电子数，从而推测出该

物质分子的配位场电子结构。

2、本实验为什么样品装填高度要求在15cm左右？

测量样品高度h的误差严重影响实验的精度，这从摩尔磁化率的计算公式可以看出来。而由于最上面的那些样品粉末不能压紧压平，测量高度h的误差还是比较大的。

3. 在不同的励磁电流下测定的样品摩尔磁化率是否相同？为什么？实验结果若有不同

应如何解释？

答：相同励磁电流前后两次测量结果不同，显示磁场强度一致；不同励磁电流下测得

样品摩尔磁化率不同.

X衍射

1、简述X射线衍射分析的特点和应用。

答：X射线衍射仪具有易升级，操作简便和高度智能化的特点，灵活地适应地矿、生化、理化等多方面、各行业的测试分析与研究任务。X 射线衍射(XRD)是所有物质，包括从流体、粉末到完整晶体，重要的无损分析工具。对材料学、物理学、化学、地质、环境、纳米材料、生物等领域来说，X射线衍射仪都是物质结构表征，以性能为导向

研制与开发新材料，宏观表象转移至微观认识,建立新理论和质量控制不可缺少的方法。其主要分析对象包括：物相分析(物相鉴定与定量相分析)。晶体学（晶粒大小、指标化、点参测定、解结构等）。薄膜分析(薄膜的厚度、密度、表面与界面粗糙度与层序分析，高分辨衍射测定单晶外延膜结构特征)。织构分析、残余应力分析。不同温度与气氛条件与压力下的结构变化的原位动态分析研究。微量样品和微区试样分析。实验

室及过程自动化、组合化学。纳米材料等领域。

2、简述X射线衍射仪的工作原理。

答：用高能电子束轰击金属“靶”材产生X射线，X射线的波长和晶体内部原子面间

的距离相近，当一束 X射线通过晶体时将发生衍射，衍射波叠加的结果使射线的强度

在某些方向上加强，在其他方向上减弱。当X射线以掠角θ(入射角的余角)入射到某一点阵晶格间距为d的晶面上时,在符合布拉格方程的条件下，将在反射方向上得到因叠加而加强的衍射线。当 X射线波长λ已知时(选用固定波长的特征X射线)，采用细粉末或细粒多晶体的线状样品,可从一堆任意取向的晶体中，从每一θ角符合布拉格方程条

件的反射面得到反射,测出θ后，利用布拉格方程即可确定点阵晶面间距、晶胞大小和

类型。