分析化学习题答案_下册_第三版高等教育出版社_华中师范大学_陕西师范大学_东北师范大学_编(共38页)

1、第三章 紫外可见(kjin)吸收光谱法1、已知丙酮(bn tn)的正己烷溶液的两个吸收峰 138nm 和279nm 分别(fnbi)属于*跃迁和n*跃迁，试计算、n、*轨道间的能量差，并分别以电子伏特（ev），焦耳（J）表示。 解：对于*跃迁，1138nm1.38107m 则CC/1=3108/1.38107=2.171015s-1则E=hv=6.6210-342.171015=1.4410-18J E=hv=4.13610152.1710158.98ev对于n*跃迁，2279nm2.79107m则CC/1=3108/2.79107=1.081015s-1则E=hv=6.6210-341.08

2、1015=7.1210-19J E=hv=4.13610151.0810154.47ev 答：*跃迁的能量差为1.4410-18J，合8.98ev；n*跃迁的能量差为7.1210-19J，合4.47ev。3、作为苯环的取代基，NH3不具有助色作用，NH2却具有助色作用；DH的助色作用明显小于O。试说明原因。 答：助色团中至少要有一对非键电子n，这样才能与苯环上的电子相互作用产生助色作用，由于NH2中还有一对非键n电子，因此有助色作用，而形成NH3基团时，非键n电子消失了，则助色作用也就随之消失了。由于氧负离子O中的非键n电子比羟基中的氧原子多了一对，因此其助色作用更为显著。4、铬黑T在PH6时

3、为红色（515nm），在PH7时为蓝色（615nm）， PH9.5时与Mg2形成的螯合物为紫红色（542nm），试从吸收光谱产生机理上给予解释。（参考书P23） 解: 由于铬黑T在PH6、PH7、PH9.5时其最大吸收波长均在可见光波长范围内，因此所得的化合物有颜色，呈吸收波长的互补色。由于当PH6到PH7到PH9.5试，最大吸收波长有515nm到615nm到542nm，吸收峰先红移后蓝移，因此铬黑T在PH6时为红色，PH7时为蓝色，PH9.5时为紫红色。5、4甲基戊烯酮有两种异构体： （左图） 和实验发现(fxin)一种异构体在235nm处有一强吸收(xshu)峰（K1000L mol1 c

4、m1），另一种(y zhn)异构体在220nm以后没有强吸收峰，试判断具有前一种紫外吸收特征的是哪种异构体。 解：有紫外光谱分析可知，若在210250nm有强吸收，则表示含有共轭双键，因此，由于在235nm处有一强吸收，则表明其结构含有共轭双键，因此这种异构体应为 （左图） 。若在220280nm范围内无吸收，可推断化合物不含苯环、共轭双键、酮基、醛基、溴和碘，由于另一种异构体在220nm以后没有强吸收，则此化合物不含共轭双键，因此应为：第四章 红外吸收光谱法3、CO的红外吸收光谱(x shu un p)在2170cm-1处有一振动(zhndng)吸收峰。试求CO键的力常数。解：根据(gnj)

5、 则 其中=1.141023g=1.141026Kg则=(23.1431082.17105)21.141026=1905N/m=19.05N/cm答：CO键的力常数19.05 N /cm。5、指出下列各种振动形式中，哪些是红外活性振动，哪些是非红外活性振动。 分子结构 振动形式（1） CH3CH3 （CC）（2） CH3CCl3 （CC）（3） SO2 s,as（4） (a) (CH) (b) (CH) (c) W(CH) (d)(CH) 解：只有发生使偶极矩有变化的振动才能吸收红外辐射，即才是红外活性的，否则为红外非活性的。也即只有不对称的振动形式才是红外活性的，对称的振动则为红外非活性的。

6、因此，上述结构中：红外活性振动有：（2）CH3CCl3 （CC） （3）SO2 s, as （伸缩振动）（4） 中的(a) (CH)、 (c) W(CH)非红外活性的有：（1） CH3CH3 (CH) （4） 中的(b) (CH) (d)(CH)，6、和 是同分异构体，试分析两者红外光谱(gungp)的差异。答：由于(yuy)中含有(hn yu)一个OH基团，因此在红外光谱中有一强吸收峰在37003100cm-1，且此分子中含有一个C=C双键，因此在16801620cm-1也有一较弱的吸收峰。 红外光谱中有2个特征峰，而中只含有一个C=O特征官能团，因此反映在红外光谱中则在18501600cm

7、-1有一强吸收峰，即的红外光谱只有一个特征吸收峰7、化合物的分子式为C3H6O2，红外光谱如411所示。解析改化合物的结构。答：由于化合物的分子式C3H6O2符合通式CnH2nO2，根据我们所学知识可初步判断此化合物为酸或者酯。由于谱带在1730cm-1处有一强吸收峰，此处落于C=O的18501600cm-1的振动区间，因此可判断改化合物含有C=O官能团。1730cm-1处的吸收峰表明此物质为饱和酯峰。图表在13001000cm-1范围内也有一系列特征吸收峰，特别在1200cm-1处有一强吸收峰，符合CO的振动范围，因此可判断改化合物含有CO键。图谱中在2820，2720cm-1处含有吸收峰，

8、符合CH3,CH2对称伸缩范围，因此可判断化合物中含有CH3基团和CH2基团。综上所述，此化合物的结构式应为：COHOH2CCH3第六章 原子发射光谱法何谓共振线、灵敏线、最后线和分析线？它们之间有什么联系？答：以基态为跃迁低能级的光谱线称为共振线；灵敏线是指元素特征光谱中强度较大的谱线，通常是具有较低激发电位和较大跃迁概率的共振线；最后线是指试样中被测元素含量或浓度逐渐减小时而最后消失的谱线，最后线往往就是最灵敏线；分析线是分析过程中所使用的谱线，是元素的灵敏线。解释下列名词：（1）原子线和离子线； （2）等离子体及ICP炬；（3）弧焰温度和电极头温度； （4）谱线的自吸和自蚀；（5）反射光

9、栅和光栅常数； （6）线色散率和分辨率；（7）闪耀角和闪耀波长； （8）谱线的强度和黑度；（9）内标线和分析线对； （10）标准加入法。答：（1）原子线是原子被激发所发射的谱线；离子线是离子被激发所发射的谱线。（2）近代(jndi)物理学中，把电离度（）大于0.1 、其正负电荷相等的电离(dinl)气体称为等离子体；ICP炬是指高频电能通过电感（感应线圈）耦合到等离子体所得到的外观上类似火焰的高频放电光源。（3）弧焰温度即为激发温度，电极(dinj)头温度即为蒸发温度。（4）当原子发射的辐射从弧焰中心穿过弧层射出时，被其自身的基态原子所吸收而使谱线中心强度减弱的现象称为谱线的自吸；自吸严重时会

10、使谱线从中央一分为二，这种现象称为自蚀。（5）在光学玻璃或金属高抛光表面上，准确地刻制出许多等宽、等距、平行的具有反射面的刻痕，称为反射光栅；光栅常数是相邻两刻痕间的距离，即为光栅刻痕密度b（mm1）的倒数。（6）线色散率表示具有单位波长差的两条谱线在焦平面上分开的距离；分辨率是根据瑞利准则分辨清楚两条相邻光谱线的能力。（7）闪耀光栅刻痕小反射面与光栅平面的夹角i称为闪耀角；闪耀角所对应辐射能量最大的波长称为闪耀波长。（8）谱线的强度常用辐射强度I（Js1m3）表示，即单位体积的辐射功率，是群体光子辐射总能量的反映；谱线的黑度S是谱线透射比倒数的对数。（9）在基体元素（或定量加入的其它元素）的

11、谱线中选一条谱线为比较线，又称为内标线。在被测定元素的谱线中选一条灵敏线作为分析线，所选用的分析线与内标线组成分析线对。（10）标准加入法是当测定的元素含量很低时，或者试样基体组成复杂、未知时，通过加入已知的不同量或不同浓度的待测元素的标样或标准溶液来测定待测元素含量的方法。推导出原子线和离子线强度与原子总密度的关系式，并讨论影响谱线强度的主要因素。答：，影响谱线强度的主要因素有（1）激发电位（Ei），与谱线强度是负指数关系，Ei越低，谱线强度越大；（2）跃迁几率（Aij），与谱线强度成正比；（3）统计权重g，与谱线强度成正比；（4）原子总密度（N），与谱线强度成正比；（5）激发温度，主要影响

12、电离度，存在最佳激发温度。谱线自吸对光谱定量分析有何影响？答：在光谱定量分析中，自吸现象的出现，将严重影响谱线的强度，限制可分析的含量范围。激发光源的作用是什么？对其性能有何具体要求？答：激发光源的作用是提供试样蒸发、解离和激发所需要的能量，并产生辐射信号；对激发光源的要求是：激发能力强，灵敏度高，稳定性好，结构简单，操作方便，使用安全。常用的激发光源有哪几种类型？简述工作原理和基本特点。答：目前常用的激发光源有（1）直流电弧光源，其工作原理是：直流电弧被高频引燃装置引燃，阴极产生热电子发射，电子在电场作用下高速奔向阳极，炽热的阳极斑使试样蒸发、解离，解离的气态原子与电子碰撞激发并电离，形成的

13、正离子撞击阴极，阴极不断发射电子，这样电极间形成等离子体，并维持电弧放电，气态原子、离子与等离子体中其它粒子碰撞激发，产生原子、离子的发射光谱；其特点是，电极温度高，分析的绝对灵敏度高，电弧温度一般可达40007000 K，激发能力强，但放电的稳定性差，定量分析的精密度不高，适用于矿物和难挥发试样的定性、半定量及痕量元素的分析。（2）低压交流电弧光源，其工作原理是：为了维持交流电弧放电，发生器由高频高压引燃电路和低压电弧电路组成。电源接通后，高频高压电路使分析间隙的空气电离，形成等离子气体导电通道，引燃电弧。同时，低压交流电经低频低压电弧电路在分析间隙产生电弧放电。随着分析间隙电流增大，出现明

14、显的电压降，当电压降低于维持放电所需电压使，电弧即熄灭。每交流半周都以相同步骤用高频高压电流引燃一次，反复进行此过程可使低压交流电弧维持不灭。其特点是：弧焰温度可达40008000 K，激发能力强，但电极温度低，其蒸发能力稍差，光源稳定性较好，定量分析的精密度较高，广泛用于金属、合金(hjn)中低含量元素的定量分析。（3）高压火花光源，其工作(gngzu)原理是：高压火花发生器使电容器储存很高的能量，产生很大电流密度的火花放电，放电后的电容器的两端电压下降，在交流电第二个半周时，电容器又重新充电、再放电。反复进行充电、放电以维持火花持续放电。其特点是：电极温度低，灵敏度低，火花温度高，可激发难

15、激发元素，光源稳定性好，适用于低熔点金属和合金的定量分析。（4）电感耦合等离子体光源，其工作原理是：用高频火花引燃时，部分Ar工作气体被电离(dinl)，产生的电子和氩离子在高频电磁场中被加速，它们与中性原子碰撞，使更多的工作气体电离，形成等离子体气体。导电的等离子体气体在磁场作用下感生出的强大的感生电流产生大量的热能又将等离子体加热，使其温度达到1104 K，形成ICP放电。当雾化器产生的气溶胶被载气导入ICP炬中时，试样被蒸发、解离、电离和激发，产生原子发射光谱。其特点是：激发温度高，一般在50008000 K，利于难激发元素的激发，对各元素有很高的灵敏度和很低的检出限，ICP炬放电稳定性

16、很好，分析的精密度高，ICP光源的自吸效应小，可用于痕量组分元素的测定，但仪器价格贵，等离子工作气体的费用较高，对非金属元素的测定灵敏度较低。分析下列试样应选用何种光源？（1）矿石中元素的定性和半定量分析；（2）铜合金中的锡（）；（3）钢中的猛（）；（4）污水中的Cr、Cu、Fe、Pb、V的定量分析；（5）人发中Cu、Mn、Zn、Cd、Pb的定量分析。答：（1）直流电弧光源；（2）低压交流电弧光源；（3）低压交流电弧光源；（4）电感耦合等离子体（ICP）光源；（5）电感耦合等离子体（ICP）光源。简述ICP光源的工作原理及其分析性能。答：其工作原理是：用高频火花引燃时，部分Ar工作气体被电离，

17、产生的电子和氩离子在高频电磁场中被加速，它们与中性原子碰撞，使更多的工作气体电离，形成等离子体气体。导电的等离子体气体在磁场作用下感生出的强大的感生电流产生大量的热能又将等离子体加热，使其温度达到1104 K，形成ICP放电。当雾化器产生的气溶胶被载气导入ICP炬中时，试样被蒸发、解离、电离和激发，产生原子发射光谱。其分析性能是：激发温度高，一般在50008000 K，利于难激发元素的激发，对各元素有很高的灵敏度和很低的检出限，ICP炬放电稳定性很好，分析的精密度高，ICP光源的自吸效应小，可用于痕量组分元素的测定，但仪器价格贵，等离子工作气体的费用较高，对非金属元素的测定灵敏度较低。简述IC

18、P光源(gungyun)中元素被激发的机理。答：在ICP放电(fng din)中，除了有很高粒子密度的电子和氩离子外，还有很高密度的亚稳态氩原子，它是由较高能态的氩原子通过光辐射或与电子碰撞产生 这样，在ArICP中，被测定物质的原子（M）的激发和电离除了与电子(dinz)、氩离子碰撞激发、电离外，还与激发态氩粒子（Ar*、Arm）发生碰撞电离。在在ArICP放电中，被测定物质的原子和离子的激发模型可归纳为（1）与电子碰撞热激发 （2）离子电子复合 （3）潘宁电离激发 （4）电荷转移激发 （5）辐射激发 反应式中M*、M+、M+*分别代表被测定元素的激发态原子、离子和激发态离子。光谱仪由哪几个

19、基本部分组成？各部分的主要作用是什么？答：光谱仪基本上都由四个部分组成：（1）照明系统，主要作用是使光源发射的光均匀而有效地照明入射狭缝，使感光板上的谱线黑度均匀；（2）准光系统，主要作用是使不平行的复合光变成平行光投射到色散棱镜上；（3）色散系统，主要作用是将入射光色散成光谱；（4）记录系统，主要作用是把色散后的元素光谱记录在感光板上。乳剂特性曲线在光谱定量分析中有何作用？答：（1）了解感光板的性质；（2）选择合适的曝光时间；（3）选择合适的浓度范围；（4）由S值推算lgI。简述(jin sh)光栅色散原理。答：光栅的色散原理是光在刻痕小反射面上的衍射和衍射光的干涉作用。一束(y sh)均匀

20、的平行光射到平面光栅上，光就在光栅每条刻痕的小反射面上产生衍射光，各条刻痕同一波长的衍射光方向一致，经物镜聚合并在焦平面上发生干涉。衍射光相互干涉的结果，使光程差与衍射光波长成整数倍的光波互相加强，得到亮条纹，即该波长单色光的谱线。简述光谱定性分析基本(jbn)原理和基本方法。答：由于各种元素的原子结构不同，在激发光源的作用下，可以得到各种元素的一系列特征谱线。在光谱定性分析中，一般只要在试样光谱中鉴别出23条元素的灵敏线，就可以确定试样中是否存在被测元素。通常采用两种方法：（1）标准光谱图比较法，又叫铁光谱比较法，定性分析时，将纯铁和试样并列摄谱于同一感光板上。将谱板在映谱仪上放大20倍，使

21、纯铁光谱与标准光谱图上铁光谱重合，若试样光谱上某些谱线和图谱上某些元素谱线重合，就可确定谱线的波长及所代表的元素。这种方法可同时进行多种元素的定性分析。（2）标准试样光谱比较法，定性分析时将元素的纯物质与试样并列摄谱于同一感光板上。在映谱仪上以这些元素纯物质所出现的光谱线于试样中所出现的谱线进行比较，如果试样光谱中有谱线与这些元素纯物质光谱出现在同一波长位置，说明试样中存在这些元素。这种方法只适用于定性分析少数几种纯物质比较容易得到的指定元素。简述内标法基本原理和为什么要使用内标法。答：内标法是通过测量谱线相对强度进行定量分析的方法。通常在被测定元素的谱线中选一条灵敏线作为分析线，在基体元素（

22、或定量加入的其它元素）的谱线中选一条谱线为比较线，又称为内标线。分析线与内标线的绝对强度的比值称为分析线对的相对强度。在工作条件相对变化时，分析线对两谱线的绝对强度均有变化，但对分析线对的相对强度影响不大，因此可准确地测定元素的含量。从光谱定量分析公式，可知谱线强度I与元素的浓度有关，还受到许多因素的影响，而内标法可消除工作条件变化等大部分因素带来的影响。选择内标元素及分析线对的原则是什么？答：（1）内标元素与分析元素的蒸发特性应该相近，这样可使电极温度的变化对谱线的相对强度的影响较小。（2）内标元素可以是基体元素，也可以是外加元素，但其含量必须固定。（3）分析线与内标线的激发电位和电离电位应

23、尽量接近，以使它们的相对强度不受激发条件改变的影响。（4）分析线对的波长、强度也应尽量接近，以减少测定误差。（5）分析线对应无干扰、无自吸，光谱背景也应尽量小。下列光谱定量关系式分别在什么情况下使用？（1） （2）（3） （4）（5）答：（1）应用于被测元素含量很低时的绝对强度法光谱定量分析；（2）采用(ciyng)内标法进行元素的定量分析时。（3）在用摄谱法进行定量分析时；（4）采用光电直读光谱进行定量分析时；（5）采用光电直读光谱分析内标法进行定量分析时。讨论并绘出下列(xili)函数的一般图象。（1），S 谱线黑度，H 曝光(bo gung)量； （2），I 谱线强度；（3），T 激发温

24、度； （4），c 被测定元素的含量；（5）， S 分析线对黑度差； （6）， cs 加入的标准量。答：对应的关系式分别为（1）； （2）；（3）； （4）；（5）； （6）绘图略。已知光栅刻痕密度为1200 mm1，当入射光垂直入射时（ 0），求波长为300 nm的光在一级光谱中的衍射角 为多少度。解：已知光栅公式 ， 0，代入公式得，已知光栅刻痕密度为1200 mm1，暗箱物镜的焦距为1 m，求使用一级和二级衍射光谱时，光栅光谱仪的倒线色散率。解：已知 ，代入公式可得，；，某光栅光谱仪的光栅刻痕密度为2400 mm1，光栅宽度为50 mm，求此光谱仪对一级光谱的理论分辨率。该光谱仪能否将Nb

25、 309.418 nm 与Al 309.271 nm两谱线分开？为什么？解： 7.112.解： 13.解：第十二章 色谱分析(s p fn x)法1简要说明气相色谱法的分离(fnl)原理。答：利用不同物质在固定(gdng)相和流动相中具有不同的分配系数，当两相作相对移动时，使这些物质在两相间进行反复多次分配，原来微小的分配差异产生了很明显的分离效果，从而依先后顺序流出色谱柱。2气相色谱仪有哪些(nxi)主要部件，各有什么作用？答：气相色谱仪的主要部件有：高压气瓶、气化室、恒温箱、色谱柱、检测器。高压气瓶：储存载气。气化室：将液体或固体试样瞬间气化，以保证色谱峰有较小的宽度。色谱柱：分离试样。恒

26、温箱：严格控制色谱柱的温度。检测器：检测从色谱柱中流出的样品。3试述热导池检测器及氢火焰电离检测器的工作原理。答：热导池检测器是基于被分离组分与载气的导热系数不同进行检测的，当通过热导池池体的气体组成及浓度发生变化时，引起热敏元件温度的改变，由此产生的电阻值变化通过惠斯登电桥检测，其检测信号大小和组分浓度成正比。 氢火焰电离检测器是根据含碳有机物在氢火焰中发生电离的电理而进行检测的。4根据速率理论方程式，讨论气相色谱操作条件的选择。答：见课本214216页。5试述速率理论方程式中A、B/、C三项的物理意义。答：A：涡流扩散项，在填充色谱中，当组分随载气向柱出口迁移时，碰到填充物颗粒阻碍会不断改

27、变流动方向，使组分在气相中形成紊乱的类似“涡流”的流动，因而引起色谱峰的变宽。 B/：分子扩散项，是由于色谱柱内沿轴向存在浓度剃度，使组分分子随载气迁移时自发地产生由高浓度向低浓度的扩散，从而使色谱峰变宽。 C：传质阻力项。6如何选择气液色谱固定液？答：（1）极性组分，一般选择非极性固定液。 （2）中等极性的组分，一般选用中等极性的固定液。 （3）强极性组分，选用强极性固定液。 （4）极性与非极性组分的混合物，一般选用极性固定液。7色谱定性和定量分析的依据是什么？各有哪些主要定性和定量方法。答：色谱定性分析的依据是：保留值。 主要的定性分析方法：（1）利用保留值与已知物对照定性。 （2）利用保

28、留值经验规律定性。 （3）根据文献保留数据定性。 色谱定量分析的依据是：被测组分的质量与其色谱峰面积成正比。 主要的定量分析方法：（1）归一化法。 （2）内标法。 （3）标准曲线法。8进行色谱定量分析时，为什么需使用定量校正因子？何种情况下可不使用校正因子？答：见课本231页。9进行气相色谱分析(s p fn x)时，其实验条件如下：柱温为125，进口(jn ku)压力为130.0kPa，出口(ch ku)压力为100kPa，用皂膜流量计于27测得柱出口载气流量为29.5mLmin-1，在此温度下的水蒸气分压为2.70kPa，空气的保留时间为0.12min，试样中某组分的保留时间为5.34mi

29、n。计算：（1）压力校正因子j；（2）校正到柱温柱压下的平均载气流量；（3）死体积V0；（4）该组分的调整保留体积。 解：（1） （2） （3） （4） 10某色谱柱长60.0cm，柱内经0.8cm，载气流量为30mLmL-1，空气、苯和甲苯的保留时间分别是0.25min，1.58min和3.43nin。计算：（1）苯的分配比；（2）柱的流动相体积Vg和固定相体积Vl（假设柱的总体积为Vg+Vl）；（3）苯的分配系数；（4）甲苯对苯的相对保留值。解：（1）（2）（3）（4）11某色谱柱的柱效能相当于104块理论塔板。当所得色谱峰的保留时间为100s、1000s和104s时的峰底宽度(Wb)分别

30、是多少？假设色谱峰均为符合正态分布。 解： 12在一根色谱柱上测得某组分的调整保留(boli)时间为1.94min，峰底宽度为9.7s，假设色谱峰呈正态分布，色谱柱的长度为1m，试计算该色谱柱的有效理论塔板及有效理论塔板高度。 解： 13在一个柱效能(xionng)相当于4200块有效理论塔板的色谱柱上，十八烷及甲基十七烷的调整保留时间分别为15.05min及14.82min。（1）这两个化合物在此色谱柱上的分离度是多少？（2）如果需要(xyo)分离度R=1.0，需要多少块有效理论塔板？ 解： 14在一根3m长的色谱柱上，分析某试样时，得到两个组分的调整保留时间分别为13min及16min，后者的峰底宽度为1min，计算：（1）该色谱柱的有效理论塔板数；（2）两个