材料研究方法作业答案.docx
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材料研究方法作业答案
材料研究方法
第二章思考题与习题
一、判断题
√1．紫外—可见吸收光谱是由于分子中价电子跃迁产生的。
×2．紫外—可见吸收光谱适合于所有有机化合物的分析。
×3．摩尔吸收系数的值随着入射波光长的增加而减少。
×4．分光光度法中所用的参比溶液总是采用不含待测物质和显色剂的空白溶液。
×5．人眼能感觉到的光称为可见光，其波长范围是200~400nm。
×6．分光光度法的测量误差随透射率变化而存在极大值。
√7．引起偏离朗伯—比尔定律的因素主要有化学因素和物理因素，当测量样品的浓度极大时，偏离朗伯—比尔定律的现象较明显。
√8．分光光度法既可用于单组分，也可用于多组分同时测定。
×9．符合朗伯—比尔定律的有色溶液稀释时，其最大吸收波长的波长位置向长波方向移动。
×10．有色物质的最大吸收波长仅与溶液本身的性质有关。
×11．在分光光度法中，根据在测定条件下吸光度与浓度成正比的比耳定律的结论，被测定溶液浓度越大，吸光度也越大，测定的结果也越准确。
（）
√12．有机化合物在紫外—可见区的吸收特性，取决于分子可能发生的电子跃迁类型，以及分子结构对这种跃迁的影响。
（）
×13．不同波长的电磁波，具有不同的能量，其大小顺序为：
微波＞红外光＞可见光＞紫外光＞X射线。
（）
×14．在紫外光谱中，生色团指的是有颜色并在近紫外和可见区域有特征吸收的基团。
（）
×15．区分一化合物究竟是醛还是酮的最好方法是紫外光谱分析。
（）
×16．有色化合物溶液的摩尔吸光系数随其浓度的变化而改变。
（）
×17．由共轭体系π→π*跃迁产生的吸收带称为K吸收带。
（）
√18．红外光谱不仅包括振动能级的跃迁，也包括转动能级的跃迁，故又称为振转光谱。
（）
√19．由于振动能级受分子中其他振动的影响，因此红外光谱中出现振动偶合谱带。
（）
×20．确定某一化合物骨架结构的合理方法是红外光谱分析法。
（）
×21．对称分子结构，如H2O分子，没有红外活性。
（）
√22．分子中必须具有红外活性振动是分子产生红外吸收的必备条件之一。
（）
√23．红外光谱中，不同化合物中相同基团的特征频率总是在特定波长范围内出现，故可以根据红外光谱中的特征频率峰来确定化合物中该基团的存在。
（）
×24．不考虑其他因素的影响，下列羰基化合物的大小顺序为：
酰卤＞酰胺＞酸＞醛＞酯。
（）
√25．傅里叶变换型红外光谱仪与色散型红外光谱仪的主要差别在于它有干涉仪和计算机部件。
（）
√26．当分子受到红外光激发，其振动能级发生跃迁时，化学键越强吸收的光子数目越多。
（）
×27．游离有机酸C=O伸缩振动vC=O频率一般出现在1760cm-1，但形成多聚体时，吸收频率会向高波数移动。
（）
二、选择题
1．在一定波长处，用2.0cm吸收池测得某试液的百分透光度为71%，若改用3.0cm吸
收池时，该试液的吸光度A为（B）
（A）0.10（B）0.22（C）0.45
2．某化合物浓度为c1，在波长λ1处，用厚度为1cm的吸收池测量，求得摩尔吸收系数为ε1，在浓度为3c1时，在波长λ1处，用厚度为3cm的吸收池测量，求得摩尔吸收系数为ε2。
则它们的关系是（A）
（A）ε1=ε2（B）ε2=3ε1（C）ε2＞ε1
3．溶解在己烷中的某一化合物，具有λmax=305nm。
当溶解在乙醇中，λmax=307。
可以判断该吸收是由（A）
（A）π→π*跃迁引起的（B）n→π*跃迁引起的（C）n→σ*跃迁引起的
4．在紫外吸收光谱法中，极性溶剂有助于n→π*跃迁产生的吸收带向（B）
（A）长波移动（B）短波移动（C）无影响
5．在紫外吸收光谱法中，极性溶剂有助于π→π*跃迁产生的吸收带向（A）
（A）长波移动（B）短波移动（C）无影响
6．某溶液的透射率T为30%，则其吸光度A为（A）
（A）-lg0.3（B）-lg70（C）3-lg30（D）-lg0.7
7．许多化合物的吸收曲线表明，它们的最大吸收位于200～400nm之间，因此应用的光源为（C）
（A）钨灯（B）能斯特灯（C）氢灯
8．紫外—可见分光光度计法合适的检测波长范围是（B）
（A）400~800nm（B）200~800nm（C）200~400nm（D）10~1000nm
9．异亚丙基丙酮CH3COCH=C（CH3）2中n→π*跃迁谱带，在下述溶剂中测定时，其最大吸收波长最小。
（D）
（A）正己烷（B）氯仿（C）甲醇（D）水
10．有人用一个样品，分别配制成四种不同浓度的溶液，分别测得的吸光度如下。
测量误差较小的是（C）
（A）0.022（B）0.097（C）0.434（D）0.809
11．不需要选择的吸光度测量条件为（D）
（A）入射波波长（B）参比溶液（C）吸光度读数范围（D）测定温度
12．在分光光度法定量分析中，标准曲线偏离朗伯—比尔定律的原因是（D）
（A）浓度太小（B）入射光太强（C）入射光太弱（D）使用了复合光
13．化学键的力常数越大，原子的折合质量越小，则化学键的振动频率（B）
（A）越低（B）越高（C）不变
14．在红外吸收光谱中，乙烯分子的C-H对称伸缩振动具有（B）
（A）红外活性（B）非红外活性（C）视实验条件
15．在红外吸收光谱中，乙烯分子的C-H非对称伸缩振动具有（A）
（A）红外活性（B）非红外活性（C）视实验条件
16．分子的C-H对称伸缩振动的红外吸收带频率比弯曲振动的（A）
（A）高（B）低（C）相当
17．在红外吸收光谱中，C=O和C=C基，两者的吸收强度的大小关系是（B）
（A）前者＜后者（B）前者＞后者（C）两者相等
18．在下述三个化合物中，红外吸收最强的是（C）
（A）R1—CH=CH—R2反式（B）R1—CH=CH—R2顺式（C）R1—CH=CH2
19．在化合物CF3—COOCH3和CH2BrCOOCH3的红外吸收光谱中，νC=O的大小关系是（C）
（A）前者=后者（B）前者＜后者（C）前者＞后者
20．红外吸收光谱是（D）
A．原子光谱；B．发射光谱；C．电子光谱；D．分子光谱。
21．在醇类化合物中，O—H伸缩振动频率随溶液浓度增加而向低波数移动，原因是（B）
A．溶液极性变大；B．分子间氢键增强；C．诱导效应变大；D．易产生振动偶合。
22．下列化学键的伸缩振动所产生的吸收峰波数最大的是（D）
A．C=O；B．C—H；C．C=C；D．O—H。
23．应用红外光谱解析分子结构的主要参数是（B）
A．质荷比；B．波数；C．偶合常数；D．保留值。
三、填空题
1．紫外吸收光谱研究的是分子的价电子能级跃迁，它还包括了振动和转动能级跃迁。
2．朗伯—比尔定律适用于平行单色光对均匀非散射性溶液的测定。
3．为提高测定的准确度，溶液的吸光度范围应调节在0.2~0.7。
为此，可通过调节溶液的浓度和选用适当的吸收池来实现。
4．有色物质溶液的最大吸收波长与有色物质的性质有关，而与溶液的浓度大小无关。
四、问答题
1．了解各种波长的电磁波对原子（基团）作用及其相应的光谱分析手段。
2．用什么方法可以区别n→π*和π→π*跃迁类型？
答案：
用不同极性的溶剂溶解待测物质，扫描紫外—可见吸收光谱，根据λmax红移还是兰移的方法可以区别n→π*和π→π*跃迁类型。
溶剂极性越大，n→π*跃迁向短波方向移动，π→π*跃迁向长波方向移动。
3．分光光度法中参比溶液的作用是什么？
如何选择适宜的参比溶液？
答案：
参比溶液的作用是扣除由于吸收池、溶剂及试剂对入射光的吸收和反射带来的影响。
惨比溶液的选择：
①尽量选用低极性溶剂。
②能很好地溶解样品，并且形成的溶液具有良好的化学和光化学稳定性。
③溶剂在样品的吸收光谱区无明显吸收。
溶剂的透明范围的下限应小于测定波长范围。
五、计算题
1．一个化合物的λmax为225nm。
当试样浓度为1.0×10-4mol·L-1时，用1cm吸收池测试，A为0.70。
计算εmax为多少？
7000
2．将0.5mg含有苦味酸胺的试样溶解在100mL乙醇中，用2.0cm的吸收池在380nm处测得吸光度为0.256。
已知苦味酸胺的ε为13400，计算苦味酸胺的相对分子质量。
523.4
六、谱图分析
1．某化合物分子式C7H8O，试根据其红外光谱图，推测其结构。
答案：
2．某未知物的分子式为C7H8O，测得其红外光谱图如下，试推测其化学结构式。
答案：
3．某液体化合物分子式C8H8O2，试根据其红外光谱图，推测其结构。
答案：
不饱和度
5
可能含有苯环和一个双键
谱
峰
归
属
3068、3044cm-1
苯环上=C-H伸缩振动
1765cm-1
C=O伸缩振动吸收峰，波数较高，可能为苯酯
1594、1493cm-1
苯环C=C伸缩振动。
没有裂分，说明没有共轭基团与苯环直接相连
1371cm-1
CH3的C-H对称变形振动，波数低移，可能与羰基相连
1194、1027cm-1
C-O-C伸缩振动
750、692cm-1
苯环单取代的特征
推测结构
4．某液体化合物分子式C8H8，试根据其红外光谱图，推测其结构。
答案：
5．某化合物分子式C8H7N，熔点为29℃；试根据其红外光谱图，推测其结构。
答案:
不饱和度
6
可能含有苯环、叁键或两个双键
谱
峰
归
属
3030cm-1
苯环上=C-H伸缩振动
2217cm-1
CN的特征吸收峰
1607、1508cm-1
苯环C=C伸缩振动
1450cm-1
苯环C=C伸缩振动和CH3的C-H不对称变形振动的叠合
1384cm-1
CH3的C-H对称变形振动，甲基特征
817cm-1
苯环对位取代的特征
推测结构
6．推测化合物C8H7N的结构，其红外光谱图如下：
答案：
不饱和度u=1+8+（1-7）/2=6
说明未知物中可能含有一个苯环两个双键或一个苯环一个三键。
3063cm-1处的吸收峰为不饱和C—H伸缩振动吸收峰；
2229cm-1处的吸收峰为三键的伸缩振动吸收峰；
1589cm-1、1481cm-1、1458cm-1处的吸收峰为芳环的骨架振动；
1381cm-1处的吸收峰为甲基的面内弯曲振动吸收峰，表明化合物中存在—CH3；
787cm-1、687cm-1处的吸收峰为芳环的间二取代的面外弯曲振动吸收峰。
综合上述可推测，未知物的结构可能为间甲基苯腈
。
7．某液体化合物分子式C7H9NO，试根据其红外光谱图，推测其结构。
答案：
不饱和度
4
可能含有苯环
谱
峰
归
属
3423cm-1、3348m-1
N-H伸缩振动，可能含有-NH2
3008cm-1
苯环上=C-H伸缩振动
1631cm-1
NH2的N-H变形振动
1618、1511、1443cm-1
苯环C=C伸缩振动
1466cm-1
CH3的C-H不对称变形振动
1333cm-1
CH3的C-H对称变形振动，甲基特征
1236、1033cm-1
C-O-C伸缩振动
827cm-1
苯环对位取代的特征
推测结构
第三章思考题与习题
一、判断题
1．核磁共振波谱法与红外吸收光谱法一样，都是基于吸收电磁辐射的分析法。
（√）
2．质量数为奇数，荷电荷数为偶数的原子核，其自旋量子数为零。
（×）
3．自旋量子数I=1的原子核在静磁场中，相对于外磁场，可能有两种取向。
（×）
4．核磁共振波谱仪的磁场越强，其分辨率越高。
（√）
5．在核磁共振波谱中，偶合质子的谱线裂分数目取决于邻近氢核的个数。
（√）
6．化合物CH3CH2OCH（CH3）2的1H-NMR中，各质子信号的强度比为9：
2：
1。
（×）
7．核磁共振波谱中出现的多重峰是由于邻近核的核自旋相互作用。
（√）
8．苯环和双键氢质子的共振频率出现在低场是由于π电子的磁各向异性效应。
（√）
9．碳谱的相对化学位移范围较宽（0~200），所以碳谱的灵敏度高于氢谱。
（×）
10．氢键对质子的化学位移影响较大，所以活泼氢的化学位移在一定范围内变化。
（√）
二、选择题
1．在
、
原子中有无核磁共振信号（B）
（A）有（B）无（C）不确定
2．在
、
、
原子核中有无核磁共振信号（A）
（A）有（B）无（C）不确定
3．在
、
原子核中有无核磁共振信号（A）
（A）有（B）无（C）不确定
4．用频率表示的化学位移值与外加磁场强度的关系是（B）
（A）无关（B）成比例（C）不成比例
5．偶合常数2JHH值，与外加磁场强度的关系是（A）
（A）无关（B）成比例（C）不成比例
6．化学全同质子（B）
（A）一定属磁全同（B）不一定属磁全同（C）视情况而定
7．磁全同质子（A）
（A）一定属化学全同（B）不一定属化学全同（C）视情况而定
8．在下列化合物中，对*质子来说，屏蔽常数最大者为（C）
9．化合物ClCH2CH2Cl，四个质子属磁全同，其NMR图为（C）
（A）两个三重峰（B）五重峰（C）一重峰
10．TMS的δ=0，从化合物的结构出发，它的正确含义是（B）
（A）不产生化学位移（B）化学位移最大（C）化学位移最小
11．在外加磁场中，H2C=CH2乙烯分子中四个质子位于（B）
（A）屏蔽区（B）去屏蔽区（C）屏蔽区和去屏蔽区
12．在外加磁场中HC=CH乙炔分子的两个质子位于（A）
（A）屏蔽区（B）去屏蔽区（C）屏蔽区和去屏蔽区
13．在外加磁场中醛基质子位于（C）
（A）屏蔽区并受氧原子的电负性影响
（B）受氧原子的电负性影响
（C）去屏蔽区并受氧原子的电负性影响
14．在外加磁场中，苯环上的质子都位于（B）
（A）屏蔽区（B）去屏蔽区（C）屏蔽区和去屏蔽区
15．取决于原子核外电子屏蔽效应大小的参数是（A）
（A）相对化学位移（B）偶合常数（C）积分曲线（D）谱峰强度
16．分子式为C5H10O的化合物，其1H—NMR谱上只出现两个单峰，最有可能的结构式为（B）
（A）（CH3）2CHCOCH3（B）（CH3）3C—CHO
（C）CH3CH2CH2COCH3（D）CH3CH2COCH2CH3
17．影响化学位移的因素有（D）
（A）诱导效应、共轭效应、转动效应；
（B）各向异性效应、氢键效应、振动效应；
（C）各向异性效应、振动效应、转动效应；
（D）诱导效应、共轭效应、各向异性效应、氢键效应。
18．在核磁共振波谱分析中，当质子核外的电子云密度增加时（C）
（A）屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在高场出现；
（B）屏蔽效应减弱，相对化学位移大，峰在高场出现；
（C）屏蔽效应增强，相对化学位移小，峰在高场出现；
（D）屏蔽效应增强，相对化学位移大，峰在低场出现。
19．下列参数可以确定分子中基团的连接关系的是（B）
（A）相对化学位移（B）裂分峰数及偶合常数C）积分曲线（D）谱峰强度
20．乙烯质子的相对化学位移δ比乙炔质子的相对化学位移值大还是小及其原因以下说法正确的是（B）
（A）大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区；
（B）大，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区；
（C）小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在去屏蔽区，乙炔质子处在屏蔽区；
（D）小，因为磁的各向异性效应，使乙烯质子处在屏蔽区，乙炔质子处在去屏蔽区。
三、谱图分析
1．下面给出各个化合物的分子式、化学位移、峰形状和氢的数目。
偶合常数为7Hz。
推断与NMR一致的结构。
（1）C10H14：
δ1.3（单峰，9H），δ7.2（多重峰，5H）
（2）C7H14O：
δ0.9（三重峰，6H），δ1.6（六重峰，4H）和δ2.4（三重峰，4H）
（3）C4H8O2：
δ1.4（二重峰，3H），δ2.2（单峰，3H），δ3.7（宽单峰，1H）和δ4.3（四重峰，1H）。
宽单峰在稀释时，位置变化。
（4）
C10H14：
δ1.2（二重峰，6H），δ2.3（单峰，3H），δ2.9（七重峰，1H）和δ7.0（单峰，4H）
2．分子式为C8H8O2的芳香化合物在大约3000cm-1，2850cm-1和2750cm-1有弱的红外吸收；在1680cm-1，1260cm-1，1030cm-1和810cm-1有强吸收。
从这些红外资料和下面的NMR谱决定这个化合物的结构。
答案：
3．非拉西丁（C10H13NO2）常与阿司匹林混合作为一种很好的止痛药出售。
非拉西丁含有一个酰胺键，其NMR谱表示如下，决定这个化合物的结构。
答案：
4．某化合物C10H12O2，根据如下1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
5．某化合物C4H10O，根据如下1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
6．化合物C4H10O，根据如下IR和1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
7．某化合物C5H7O2N，根据如下IR和1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
8．某化合物C7H9N，根据如下IR和1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
9．某化合物C4H8O2，根据如下IR和1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
10．某化合物C5H10O2，根据如下IR和1HNMR谱图推断其结构，并说明依据。
答案：
第四章思考题与习题
一．判断题
1．热分析法是基于热力学原理和物质的热力学性质而建立的分析方法，所研究的是物质的热力学性质与温度之间的关系。
（）
2．热分析法测定的试样可以是固体、液体及气体。
（）
3．热分析法是以固体无机物为研究对象，以测定无机物的热力学性质为主要目的的分析方法。
（）
4．热重分析法的分析过程通常涉及到有气体吸收或放出的反应，测定反应过程中固体物质质量随温度发生的变化曲线，及热重曲线。
（）
5．热重曲线为一峰形曲线，峰面积与失重量有关。
（）
6．试样周围的气氛对热重分析有较大的影响，测定时通常需要在真空环境下进行。
（）
7．热重分析的主要仪器为热天平。
热天平可以在高温下精确测定试样质量。
（）
8．热重分析能够区分试样中的吸收水和结合水，因为两者通常在不同温度下逸出。
（）
9．热重分析无法测定晶型转变温度。
（）
10．热重分析中，质量的测定是通过将坩埚放在热天平的托盘上进行间隔称重。
（）
11．在差热图上，吸热过程出现负峰，放热过程出现正峰。
相变过程通常出现为负峰。
（）
12．在差热分析过程中，通过供给热量使试样与参比物的温度始终保持平衡。
（）
13．参比物质起温度标尺的作用，其相变温度和相变热恒定，可由此确定试样的相变温度和相变热。
（）
14．采用差热分析测定晶体的晶型转变温度，如果升温速率太快，测定的晶型转变温度偏高。
（）
15．失水、CO2逸出、熔融均为吸热过程，在差热曲线上均出现负峰。
（）
二．选择题
1．热重分析中，质量的测定是通过（）
A．一般分析天平进行间隔测定；
B．用一般分析天平连续测定；
C．将坩埚放在热天平的托盘上进行间隔称重；
D．将坩埚悬挂放置，用热天平进行连续称重。
2．热重法可以用来鉴别无规共聚物和嵌段共聚物，下面的图是聚苯乙烯、聚α—甲基苯乙烯及其共聚物的TG曲线，其中（）是嵌段共聚物的TG曲线。
3．下面聚烯烃的热失重曲线中，是聚乙烯，是聚丙烯，是聚异丁烯。
4．热重、微商热重、差热分析和差示扫描量热法可分别表示为（）
A．TG，DTG，DTA，DSC；
B．TG，DTA，DTG，DSC；
C．TG，DSC，DTA，DTG；
D．TG，DSC，DTG，DTA。
5．热重、微商热重、差热分析和差示扫描量热法中，试样和参比物的温度差始终保持平衡的是（）
A．TG；B．DSC；C．DTG；D．DTA。
6．差热分析法中使用的参比物为（）
A．与试样组成相同的标准物；B．相变温度确定的物质；
C．测量范围内不产生热效应的物质；D．纯金属
7．在各种热分析过程中，测量信号为试样与参比物的温度差的方法是（）
A．热重分析法；B．微商热重分析法；C．差热分析法；D．差示扫描量热法
8．在差热分析法中，选择的参比物应具有的特性是（）
A．参比物与试样的性质完全相同；
B．参比物与试样热导率相匹配；
C．参比物与试样电导率相匹配；
D．参比物具有较大的热容。
9．在差热分析过程中，试样与参比物之间出现温度差是由于（）
A．两者的升温速率不同；
B．参比物有热量的吸收或放出；
C．试样有热量的放出；
D．试样有热量的吸收或放出。
10．在差热分析升温过程中（）
A．试样的温度总是比参比物的高；
B．试样的温度总是比参比物的低；
C．试样与参比物的温度差保持恒定；
D．当试样产生热效应时，两者产生温度差。
11．在差示扫描量热分析过程中（）
A．试样的温度总是比参比物的高；
B．试样的温度总是比参比物的低；
C．试样与参比物的温度差保持恒定；
D．当试样产生热效应时，两者产生温度差。
12．在差示扫描量热分析过程中，测量的是试样与参比物的（）
A．温度差；B．质量差；C．热导率差；D．温度相同时，两者供给的热量差。
13．在差示扫描量热分析过程中，保持试样与参比物的温度始终相同需要（）
A．试样与参比物的热性质完全一致；
B．分析过程中当参比物发生热效应时，随时调节供给的热量；
C．分析过程中当试样发生热效应时，随时调节供给的热能；
D．选择特性的参比物。
三．填空题
1．最常见的热分析方法包括（）、（）及（）。
2．热重分析法不能测量高聚物中的（）转变温度，因为该过程没有（）变化。
3．差热分析过程中，由于试样与参比物是（）加热的，当试样发生热效应时，两者的（）不同，记录的是（）随时间或温度的变化。
4．在差热分析中，升温速率变化影响DTA曲线的（）。
一般而言，升温速率增大，达到峰值的温度向（）温方向移动，峰形变（），但峰的分辨率（）。
5．差示扫描量热分析法是保持试样和参比物（）加热，当温度以恒定速率上升时，随时保持两者的温度（），如果样品发生相变或失重，它与参比物之间将产生温度差时，系统提供（），使两者再度保持平衡。
四、问答题
1．为何DTA仅能进行定性和半定量分析？
DSC是如何实现定量分析的？
2．热分析用的参比物有何性能要求？
3．简述差热分析的原理，并画出DTA装置示意图。
4．为何用外延始点作为DTA曲线的反应起始温度？
5．阐述DSC技术的原理和特点。
第五章思考题与习题
一、判断题
1．在X射线衍射分析时，需要采用连续X射线作为辐射源。
（×）
2．布拉格方程中的θ角称为衍射角。
（×）
3．根据布拉格衍射方程，当入射X射线波长λ≤2倍晶面间距时，才能产生衍射，
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