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1、仪器分析第二章光学分析法导论习题答案最新最全面完整版精选名师资料第二章光学分析法导论-19-1 为单位）1. 已知 1 电子伏特 =1. 602 10 J，试计算下列辐射波长的频率（以兆赫为单位） ，波数（以 cm及每个光子的能量（以电子伏特为单位）：（ 1）波长为 900pm 的单色 X 射线； （ 2）589.0nm 的钠D 线；（ 3） 12.6 m 的红外吸收峰；（4）波长为 200cm 的微波辐射。解：已知 1eV=1.60210-19 J, h=6.626 =900pm 的 X 射线-3410 J s, c=3.0 10 ms8-111Hz，即3.33310MHzcm-1JeV用

2、eV 表示，则 589.0nm 的钠 D线5.093108MHzHz，即cm-1JeV用 eV 表示，则 12.6 m 的红外吸收峰7Hz，即 2.381 10 MHzcm-1JeV用 eV 表示，则波长为 200cm 的微波辐射2Hz，即 1.50 10 MHz精品学习资料第 1 页，共 50 页精选名师资料cm-1JeV300K用 eV 表示，则2. 一个体系包含三个能级，如果这三个能级的统计权重相同，体系在温度下达到平衡时，试计算在各能级上的相对分布（Ni/N）能级的相对能量如下。（ 1） 0eV， 0.001eV， 0.02eV ； （ 2） 0eV ， 0.01eV， 0.2eV;（

3、 3） 0eV， 0.1eV, 2eV。T=300K, k=1.380 10-23J K -1=8.614-5-1解：已知10 eVK ,-5kT=8.614 10 300=0.0258eV E0=0eV, E1=0.001eV, E2=0.02eV E0=0eV,E1=0.01eV, E2=0.2eV E0=0eV,E1=01eV, E2=2eV精品学习资料第 2 页，共 50 页精选名师资料3. 简述下列术语的含义电磁辐射自发发射电磁波谱受激发射发射光谱受激吸收吸收光谱电致发光荧光光谱光致发光原子光谱化学发光分子光谱热发光电磁辐射电磁波谱电磁辐射是一种以巨大速度通过空间传播的光量子流，它即

4、有波动性，又具有粒子性将电磁辐射按波长顺序排列，便得到电子波谱电子波谱无确定的上下限，实际上它包括了 波长或能量的无限范围原来处于激发态的粒子回到低能级或基态时，往往会发射电磁辐射，这样产生的光谱为发射 光谱物质对辐射选择性吸收而得到的原子或分子光谱称为吸收光谱在某些情形下，激发态原子或分子可能先通过无辐射跃迁过渡到较低激发态，然后再以辐射发射光谱吸收光谱荧光光谱跃迁的形式过渡到基态，称为荧光光谱或者直接以辐射跃迁的形式过渡到基态。通过这种方式获得的光谱，原子光谱分子光谱 自发发射由原子能级之间跃迁产生的光谱称为原子光谱由分子能级跃迁产生的光谱称为分子光谱处于两个能级Ei、Ej (EiEj)

5、上的粒子浓度分别为Ni、Nj当 i 能级上的一个粒子跃迁到j 能级时，就自发发射一个能量为Ei - Ej 的光子，这类跃迁称为自发发射受激发射对于处于高能级i 的粒子，如果有频率恰好等于(Ei- Ej)/ h的光子接近它时，它受到这一外来光子的影响，而发射出一个与外来光子性质完全相同的光子，并跃迁到低能级过程为受激发射j 这类跃迁受激吸收频率为(Ei- Ej)/h 的辐射照射时，粒子从能级j 跃迁到能级i，使得辐射强度降低，这种现象称为受激吸收电场引起的碰撞激发， 一过程称为电致发光电致发光是指被电场加速的带电粒子碰撞而受到激发，从而发射出电磁辐射这光致发光电磁辐射吸收激发，是指吸收电磁辐射而

6、引起的激发，从而发射出电磁辐射，这一过程称为光致发光在一些特殊的化学反应体系中，有关分子吸收反应所释放的化学能而处于激发态，回到基态 时产生光辐射。这样获得的光谱称为化学发光光谱化学发光热发光 物体加热到一定温度也会发射出电磁辐射，称为热发光4. 什么是光谱分析法，它包括哪些主要方法？ 答：当物质高温产生辐射或当辐射能与物质作用时，物质内部能级之间发生量子化的跃迁，并测量由此而 产生的发射，吸收或散射辐射的波长和强度，进行定性或定量分析，这类方法就是光谱分析法光谱分析法主要有原子吸收光谱法、原子发射光谱法、原子荧光法、紫外可见分光光度法、红外光谱法、分子荧光法、X 射线荧光法等5. 辐射光子能

7、量与波长的关系怎样，按光子能量从高到低有哪些辐射类型？答：辐射光子能量与波长的关系为：按光子能量从高到低的顺序为：E=hc/ 射线， X 射线，紫外，可见，红外，微波，无线电波6. 电子光谱一般在什么波长区？振动光谱在什么波长区？转动光谱在什么波长区？答：电子光谱紫外、可见区（Ee、 E、 Er 均改变）62620nm振动光谱近红外区（Ev 及 Er 改变）62024.8 m转动光谱远红外、微波区（仅Er 改变）24.8 m第三章1.已知某 Fe( )络合物，其中铁浓度为紫外及可见吸收光谱法-1 ，当吸收池厚度为lcm 时，百分透光率为80%。试0.5 gmL计算：（ 1）溶液的吸光度；（2）

8、该络合物的表观摩尔吸光系数；（3）溶液浓度增大一倍时的百分透光率；（ 4）使（ 3）的百分透光率保持为80%不变时吸收池的厚度。b=1cm, T=80%, c=0.5 gmL -1解：已知精品学习资料第 3 页，共 50 页精选名师资料-1molL则(1) A= lg T= lg0.80=0.0969(2) 由 A= bc得到：Lmol-1cm-1(3) c2=2c, A2=2A=0.1938即 lg T2=0.1938, T2=0.640(4) A3= lg T3= lg0.80=0.0969, c3=2 c, 则 A3=A, b3=b/2cm2.钢样中的钛和钒， 可以同时用它们的过氧化氢络

9、合物形式测定，1.000g 钢样溶解，发色并稀释至50mL。如果其中含1.00mg 钒在1.00mg 钛，则在 400nm 波长的吸光度为 0.269；在 460nm 的吸光度为0.134 。在同样条件下，400nm 波长的吸光度为0.057；在460nm 为 0.091 。表中各试样均重1.000g，最后稀释至50mL 。根据它们的吸光度计算钛和钒的百分含量。试样号1234试样号5678A40001720.3660.3700.640A4600.1160.4300.2980.436A4000.9020.6000.3930.206A4600.5700.6600.2150.130解：依条件，对钛(

10、Ti) ：,对钒 (V) ：,c=1mg/50mL ，相当于1g 钢样中有1mg 钛或钒则根据吸光度的加和性，得到：0.269c1 + 0.057c2=A4000.134c1 + 0.091c2=A460将实验数据代入该方程组，计算结果列于下表试样号注A40001720.3660.3700.6400.9020.6000.3930.206A4600.1160.4300.2980.4360.5700.6600.2150.130c1(%)0.05370.0520.0990.1980.2950.1010.1400.067c2(%)0.04840.3950.1810.1870.1920.5760.030

11、50.044123456781mg/g=0.1%精品学习资料第 4 页，共 50 页精选名师资料-12+3.取 2.00mL 含 2mol L NH 3 的Cu 溶液放入 1.00cm 的吸收池中。 测得在某一确定波长的吸光度为0.600。L -1然后取 0.0100 mol溶液 1.00mL 添加到第一个吸收池中。再测得的吸光度为0.800 。试指出第一CuSO4个溶液中 Cu 2+的浓度为多少？解：已知A1=0.600, A2=0.800, b=1cm即0.600=1cx依条件，有： A1= bxc-1cx=0.00500mol L2+浓度20 倍时，吸光4.螫合物度数值只取决于吸收峰波长

12、为575nm，实验表明，当配位体的初始浓度超过CuCu2+浓度而与配位体浓度无关。今有两种Cu2+和浓度均己知的溶液，实验数据如下：X 5 53.10 105.00 10 2 42.00 106.00 10A（吸光度）0.6750.366试求出的离解常数。-5解： (1) A=bCuX 2,10 (CuX 2 )A=0.675, c=3.102+-，c(Cu 2+-5-1， c(X -4-110 mol L10mol L(2)CuX 2=Cu + 2X)=5.00)=6.00-1molL-1CuX 2 =2+-5-5Cu =(5.00 1.68)10 =3.32 10 mol L-4-5-4-

13、1X =6.00 10 21.682 10 =5.66 10 mol LK离解 =-4-1亚铁溶液 2.00mL ，和不同体积的5.配制一组溶液，其中铁（II ）的含量相同，各加入7.12 10 mol L-4-1邻菲罗啉溶液，稀释至后，用 1.00cm 吸收池在邻菲罗啉 V/mL 6.008.0010.0012.00510nm 测得各溶液的吸光度如下：吸光度25mL7.12 10 mol L邻菲罗啉 V/mL2.003.004.005.00吸光度0.2400.3600.4800.5930.7000.7200.7200.720（ 1）问亚铁-邻菲罗啉络合物的组成是怎样的？（ 2）络合物的形成常

14、数是多少？解： (1)作 Ac 关系图精品学习资料第 5 页，共 50 页精选名师资料当值 3:1，即络合物组成为FeL3V L =6mL 时对应的 cL /cM(2)在V L=6mL 时，离解度为0.0278-1molLK形成 =或 b=1cm, FeL 3 的摩尔吸光系数为：molL -1时，A=0.700-1molL-12+molL此时 Fe =L=3Fe =0.422+-5-110 mol L (或 L= cL -3FeL 3)于是 K形成 6.若透光率读数误差T=0.0040 ，计算下列各溶液的普通光度法浓度相对误差：（ 1） T=0.204 ；（ 2） A=0.195 ；（ 3）

15、A=0.280；（ 4） T=94.4%。解： T= 0.0040(1) T=0.204(2) A=0.195 T=0.638精品学习资料第 6 页，共 50 页精选名师资料(3) A=0.280T=0.525(4) T=94.4%=0.9447.若采用高吸光度示差法，以T 80 %的参比溶液调节满标度，题6 中哪些溶液可用此法测定？试分别求出表现透光率Tf 及浓度相对误差，并与题6 比较。解：Ts=0.80， (4)不能用示差光度法测定Tr =0.204/0.80=0.255(1) T=0.204,(2) T=0.638, Tr=0.7975(3) T=0.525, Tr=0.656与 6

16、题比较，利用示差法，提高了测定结果的准确度。48. 镉的某种络合物，它的摩尔吸光系数为2.00 10 , 用于分析一组水溶液中镉的浓度，浓度范围为-4-1-4-1 ，光度计配有1.00cm 吸收池。仪器透光率读数误差为0.004，这一误差与0.5 10 mol L 1.00 10 mol LT 的数值无关。（ 1）测得的吸光度和透光率将在什么范围?1.52+浓度为 0.5010-4-1 和10-4-1 的试液，由于仪器读Cd2+数误差而引起结果的（ 2）对于 Cdmol Lmol L相对误差是多少？（ 3）如果（ 2）中的溶液稀释 5 倍后再测定，则结果的相对误差是多少?T=100），以进行示

17、差测定，则（2+浓度为 0.4510-4-1溶液校正仪器达满刻度（2）（ 4）如果用mol LCd中溶液由于仪器读数误差而引起结果的相对误差是多少？Lmol cm , b=1cm(1) A= bcA1= b1c=2.00 10 1 0.5 10 =1.00 T1=0.100解： T= 0.0040, =2.00 104-1-14-44-4A2= b2c=2.00 10 1 1 10 =2.00T2=0.010即测得的吸光度范围为1.002.00，透光度范围为0.0100.100 -4-1 ，A(2) 对于 c=0.50 10 mol L1=1. 00, T1=0.10-4-1 ， A对于 c=

18、1.50 10 mol L3=3.00 T3=0.0010精品学习资料第 7 页，共 50 页精选名师资料-4-1， A(3) 对于 c1=0.10 10 mol L1 =0.200, T1=0.631-4-1， A对于 c2=0.30 10 mol L2=0.600, T2=0.251-4-1(4) cs=0.45 10 mol L , A= b=c0.90, Ts=0.126Tr1=0.10/0.126=0.794Tr2=0.0010/0.126=0.007949.有两种异构休，-异构体的吸收峰在=14 000) ，而-异构体吸收峰在296nm( =11 000) 。试228nm(指出这两

19、种异构体分别属于下面结构中的哪一种？结构结构III解：共轭体系，吸收峰向长波长方向移动，因此结构为 - 异构体，结构为 - 异构体* 和* 。试计算n、 、 *轨10.已知丙酮的正己烷溶液的两个吸收峰138nm 和279nm，分别属于n1道的能量差，分别以电子伏特（eV）和焦/摩尔（ Jmol ）为单位。*-19解： , =138nm; n, =279nm ； 1eV=1. 602 10 J12*能量差(1)J-1 表示，为5-1Nhc/ 以J mol10 J mol1=8.69eV以eV 表示，为* 能量差(2) nJ-1 表示，为5-1Nhc/ 以 J mol10 J mol2=4.29精

20、品学习资料第 8 页，共 50 页精选名师资料以 eV 表示，为 4.44eV(3) n 能量差E3 =E1-E2 8.99-4.44=4.55eV(7.12-1910J)即 4.40 105-1J mol11.假定滴定反应为A 和 C 是无色物质，A BC。B 是滴定剂， 根据下述条件， 给出表示分光光度滴定过程的曲线图，（ 1）B 是吸光物质；（2） A 和 B 是吸光物质， C 是无色物质；（3）A 是吸光物质， B 和C 是无色物质（分光光度滴定曲线：以吸光度为纵坐标，以滴定剂体积为横标作图）。解：12.试说明和比较下列术语复合光和单色光单色器和色散元件棱镜 d/dd/dndn / d

21、荧光激发光谱和荧光发射光谱辐射跃迁和非辐射跃迁红移和紫移复合光和单色光单色器和色散元件一束具有多种波长的光称为复合光，具有单一波长的光称为单色光单色器是一种能将辐射分解成它的各成分波长，并能从中分出任一所需部分的仪器部件。单色器有一个棱镜或光栅色散元件。棱镜 d指棱镜的角色散率，是指两条波长相差d 的光线被棱镜色散后所分开的角度d 。/dd /dn 表示作为棱镜材料折射率函数的dn / d 表示折射率随波长的变化。的变化。荧光激发光谱和荧光发射光谱改变激发光波长，在荧光最强的波长处测量荧光强度的变化，作激发光波长与荧光强度的关系曲线，可得到激发光谱，激发光谱实质上就是荧光物质的吸收光谱。保持激

22、发光波长和强度不变，测量不同波长处荧光强度的分布，作荧光波长与荧光强度的关系曲线，可得到荧光光谱或 称发射光谱。辐射跃迁和非辐射跃迁一个分子的电子能态的激发包含了电子从基态跃迁到激发态的任一振动能态，处在激发态的分子是不稳定的，在返回低能级的过程中产生辐射，称为辐射跃迁，不产生辐射，则称为非辐射跃迁红移和紫移在分子中引入的一些基团或受到其它外界因素影响，吸收峰向长波方向(红移 )或短波方向(蓝移 ) 移动的现象。13.试举例说明生色团和助色团。答：分子中含有非键或键的电子体系，能吸收外来辐射时并引起 * 和 n * 跃迁，可产生此类跃迁或吸收的结构单元，称为生色团。主要的生色团有C=O 、 N

23、=N 、 N=O 等。含有孤对电子 (非键电子对 )，可使生色团吸收峰向长波方向移动并提高吸收强度的一些官能团，称之为助色团，如 OH 、 OR 、 NHR 、 SH、 Cl 、Br 、I 等。14.试比较双光束和双波长分光光度法在仪器结构上有何不同，双波长分光光度法的原理是什么？ 答： (1) 双光束分光光度计，在单色器的后面放置一切光器，将光分为两路强度相同的两部分，分别通过 参比和样品溶液测定。双波长分光光度计，将同一光源发出的辐射通过两个单独调节的单色器，产生两条不同波长的光，分 别进行测定。(2) 由于双波长分光光度计采用统一光源，调节仪器使两波长处光强度相等，则两波长处吸光度之差为

24、 A= A2A1= (21)bc即输出信号A 浓度 c 成正比消除了参比溶液和样品溶液组成不同带来的误差。15.与紫外分光光度计比较，荧光分光光度计有何不同。答：光源：激发光源强度比吸收测量中的光源强度大。精品学习资料第 9 页，共 50 页精选名师资料单色器：两个单色器，激发单色器和发射单色器。 检测器：荧光强度很弱，检测器有较高的灵敏度。 试样池：荧光分析中要求用石英材料。由于荧光强度与透过光强度相比小得多，在测量荧光时必须严格消除透过光的影响，在测量荧光计的 仪器中，是在与入射光和透过光垂直的方向上来测量荧光。（荧光光度计有两个单色器，且入射光路与检测系统的光路垂直。）第四章红外分光光光

25、度法-1 处有一振动吸收峰问1 CO 的红外光谱在2 170cm（ 1） CO 键的力常数是多少？（ 2） CO 的对应峰应在多少波数处发生吸收？14解：碳原子的质量g氧原子的质量g(1) =2071cm-15-1-1=18.6 10 dyncm =18.6N cm (厘米克秒制)14(2) COg-1cm=2080cm-1或2已知 CH键的力常数为5N/cm ，试计算CH键伸展振动的吸收峰在何波数？若将氘（D ）置换H， CD 键的振动吸收峰为多少波数解： C-H 键： k=5Ncm-1=5.05 -110 dyn cm-23碳原子的质量：10 g,mC=2.0氢原子的质量：g氘原子的质量：

26、g依得精品学习资料第 10 页，共 50 页精选名师资料cm-1-1cm3指出以下振动在红外光谱中是活性的还是非活性的分子振动CC 伸缩振动CC 伸缩振动（ 1）CH 3 一（ 2）CH 3 一（ 3）SO2CH 3CC13对称伸缩振动CH 伸缩振动（ 4）CH 2=CH 2（ 5）CH 2=CH 2CH 伸缩振动（ 6）CH 2=CH 2CH 2 摆动（ 7）CH 2=CH 2CH 2 扭曲振动解：非红外活性：(1), (5), (7)红外活性： (2), (4), (6), (8)4下面三个图形（图4-20 ）分别为二甲苯的三种异构体的红外光谱图。请说明各个图形分别属于何种异构体（邻、间、

27、对位）？并指明图中主要吸收峰的来源。解：分别为间二甲苯、对二甲苯、邻二甲苯1700cm-12000cm -1主要吸收峰来源：苯环骨架振动，-1C-H 面外弯曲振动，650900cm-1区域没有吸收峰，它的可能结构是什么？5有一种苯的氯化物在答： C6Cl 6 ( 六六六 ) 6图 4-21 是由组成为900660cmC3H6O 的纯液体获得的红外谱图，试推断这种化合物的结构。答：丙酮7下面两个化合物的红外光谱有何不同？（ a）(b)答：红外光谱不同点：(a)3300cm-1 ， N-H 伸缩振动（宽且强），CH 2-伸缩振动峰，精品学习资料第 11 页，共 50 页精选名师资料苯环骨架振动峰(1600c