《仪器分析》课程教学资源（课后习题解答，第三版）第十章 红外光谱法习题解答

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? 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 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 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 H H 解:(1)对称与反对称伸缩振动:

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? 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. 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 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:( 1) 对称与反对称伸缩振动: C H H C H H as s

(2)面内弯曲振动: H H (剪式,δ) (摇摆,p) (3)面外弯曲振动: H H (摇摆,o) (扭曲,τ)

(2) 面内弯曲振动: C H H C H H (剪式, ) (摇摆,) (3)面外弯曲振动: C H H C H H (摇摆,) (扭曲,)

3.何谓基团频率?它有什么重要用途? 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4000-1350 cm1,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 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: (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 照;(5)联机检索

3. 何谓基团频率? 它有什么重要用途? 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4000-1350 cm-1，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 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： (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 照;(5)联机检索

5影响基团频率的因素有哪些? 解:有内因和外因两个方面. 内因:(1)电效应,包括诱导、共扼、偶极场效应;(2)氢键;(3)振动耦合;(4) 费米共振;(5)立体障碍;(6)环张力。 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IR光谱中,频率位于1350-650cm1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, 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

5.影响基团频率的因素有哪些? 解:有内因和外因两个方面. 内因: (1)电效应,包括诱导、共扼、偶极场效应；（2）氢键；（3）振动耦合；（4） 费米共振；（5）立体障碍；（6）环张力。 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IR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， 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．

7.将800nm换算为(1)波数;(2)μm单位 解 10 o/cm =107/800=12500 d/nm /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(cm1) (1)乙烷CH键,k=5.1Ncm1;(2)乙炔CH键,k=5.9Ncm1; (3)乙烷CC键,K=4.5Ncm1;(4)苯C-C键,k=7.6Ncm (5)CH3CN中的C≡N键,k=17.5Ncm1 (6)甲醛C-O键,K=12.3Ncm1; 由所得计算值,你认为可以说明一些什么问题?

7. 将800nm换算为（１）波数；（２）mm单位． 解: 800 10 0 8 10 800 12500 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C≡N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:(1) ethane c- H bond 2zc vm MM N2/2m=4.12 M+M 6.023×1023 5.1×105 2×3.14159×298×10010.9237 306lcm- (2) Acetylene C-H bond 同上,M=12X1(12+1)=0.9237,=3292cm1. (3)Ethane C-C bond M=6,G=1128cm1 (4)Benzene C-C bond G=1466cm1 5)CH3CN,C三N,σ=2144cm1

解：（１）ethane C-H bond: 1 5 1 0 2 3 1 2 1 2 1 2 1 2 3061 0 9237 5 1 10 2 3 14159 2 998 10 6 023 10 2 4 12 2 − =      = = + = = cm N c M M M M M M k c N A A . . . . . , / . / /     (2) Acetylene C-H bond 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, C≡N,  = 2144cm-1

(6)Formaldehyde C-o bond, o=1745 cm-1 从以上数据可以看出,由于H的相对分子质量较小,所以CH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 近,但在不同化合物中会有所区别 9.氯仿(CHCl3)舶的红外光谱说明C-H伸缩振动频率为3100cm1,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. cHcl3中,M=12x1(12+1)=0.9237 c2Hcl3中M=12x2/(12+2)=1714 由于σ与M平方根成反比,故氘代氯仿中,C2H键振动频率会向低波数位移

(6) Formaldehyde C-O bond,  = 1745 cm-1 从以上数据可以看出，由于H的相对分子质量较小，所以C-H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 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． CHCl3中，M=12x1/(12+1)=0.9237 C2HCl3中.M=12x2/(12+2)=1.714, 由于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．

10 和 是同分异构体,如何应用红外光谱检测它们? 解:后者分子中存在C=O,在1600cm1会有一强吸收带,而前者则无此特征 峰 11.某化合物在36401740cm1区间,R光谱如下图所示.该化合物应是氯苯(),苯 (1),或4—叔丁基甲苯中的哪一个?说明理由 2500 1740

10. 和 是同分异构体，如何应用红外光谱检测它们？ OH O 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 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I,因为IR中在1740-2000cm1之间存在一个双峰,强度较弱,为对位双 取代苯的特征谱带,而在2500-3640cm1之间的两个中强峰,则为CH3对称与不 对称伸缩振动的特征谱带

解：应为III, 因为IR中在1740-2000cm-1之间存在一个双峰，强度较弱，为对位双 取代苯的特征谱带，而在2500-3640cm-1之间的两个中强峰，则为CH3 -对称与不 对称伸缩振动的特征谱带．