仪器分析课后习题答案第10章.pdf

第十章第十章 红外光谱法习题解答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? 解解:条件条件:激发能与分子的振动能级差相匹配激发能与分子的振动能级差相匹配,同时有偶极矩的变化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,具有红外吸收活性具有红外吸收活性,只有发生偶极只有发生偶极 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. 解解:( 1) 对称与反对称伸缩振动对称与反对称伸缩振动: C HH C HH ass (2) 面内弯曲振动面内弯曲振动: C HH C HH (剪式, (摇摆, (3)面外弯曲振动面外弯曲振动: C HH C HH (摇摆,(扭曲,) 3. 何谓基团频率? 它有什么重要用途? 解解:与一定结构单元相联系的振动频率称为基团频率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 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 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；试样的分离和精制；(2)了解试样有关的资料；了解试样有关的资料；(3)谱图解析；谱图解析；(4)与标准谱图对与标准谱图对 照照;(5)联机检索联机检索 5.影响基团频率的因素有哪些? 解解:有内因和外因两个方面有内因和外因两个方面. 内因内因: (1)电效应电效应,包括诱导、共扼、偶极场效应；（包括诱导、共扼、偶极场效应；（2）氢键；（）氢键；（3）振动耦合；（）振动耦合；（4） 费米共振；（费米共振；（5）立体障碍；（）立体障碍；（6）环张力。）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。 6. 何谓指纹区？它有什么特点和用途？ 解：在解：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，任何两个化合物的指纹区特征都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 7. 将800nm换算为（）波数；（）mm单位 解解: 8010800 1250080010 10 3 7 7 1 ./ / / / m nm cm m 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CN键， k=17.5N.cm-1 (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：（）解：（）ethane C-H bond: 1 5 10 23 21 21 21 21 3061 92370 1015 1099821415932 100236 1242 2 cm cN MM MM M M k c N A A . . . ./, / / (2) Acetylene C-H bond 同上，同上，M=12x1/(12+1)=0.9237, =3292cm-1. (3)Ethane C-C bond. M=6, =1128cm-1 (4)Benzene C-C bond =1466cm-1 (5) CH3CN, CN, = 2144cm-1 (6) Formaldehyde C-O bond, = 1745 cm-1 从以上数据可以看出，由于从以上数据可以看出，由于H的相对分子质量较小，所以的相对分子质量较小，所以C-H键均出现在高频区，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，同一类化合键振动频率相 近，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 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？ 解：由于解：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，中，M=12x1/(12+1)=0.9237 C2HCl3中中.M=12x2/(12+2)=1.714, 由于由于 与与M平方根成反比，故氘代氯仿中，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键振动频率会向低波数位移 10. 和 是同分异构体，如何应用红外光谱检测它们？ OOH 解：后者分子中存在解：后者分子中存在-C=O，在，在1600cm-1会有一强吸收带，而前者则无此特征会有一强吸收带，而前者则无此特征 峰峰 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 解：应为解：应为III, 因为因为IR中在中在1740-2000cm