复旦大学谱学导论2009期终A卷(含答案)汇总

1复旦大学2009—2010年度第一学期期终考试答案2010年1月13日A卷共7页课程名称：谱学导论课程代码：开课院系：化学系姓名：学号：专业：题号一二三四五六七八九十总分得分一、简答题（18分，每题6分）1．什么是核磁共振，简述它产生的原理。并说明核磁共振中的化学位移产生的原因及用途。答：外界提供一个电磁波，波的频率适当，能量恰好等于核自旋的两个能量之差，h=E，那么此原子核就可以从低能级跃迁到高能级，产生共振吸收即核磁共振。不同化学环境的核，它们所受的屏蔽作用各不相同，它们的核磁共振信号亦就出现在不同的地方，它与某一标准的差称为化学位移，可用于化合物结构分析。2．说明什么是UPS中的精细结构，精细结构中峰的间距反映了分子的什么性质？答：对于同一电子能级，分子还可能有许多不同的振动能级，而振动能级间隔又远小于电子能级间隔，因此当入射紫外光子与分子发生相互作用导致电子能级变化时，必然也引起振动的变化，因此实际测得的紫外光电子能谱图在结合能峰周围有振动能级变化引起的小峰，这就是UPS中的振动精细结构。精细结构中峰的间距反映了激发态分子的振动能级的间隔。3．说明什么是XPS，它产生的机理是什么？什么是XPS中的化学位移。答：X射线光电子能谱是利用波长在X射线范围的高能光子照射被测样品，产生光电效应，测量由此引起的光电子能量分布的一种谱学方法。样品在X射线作用下，各种轨道电子都有可能从原子中激发成为光电子，由于各种原子、分子的轨道电子的结合能是一定的，又由于X射线光子能量大，可以激发内层电子所以可用来测定固体表面化学组成。化学结构的变化和化合物氧化状态的变化可以引起谱峰有规律的位移，称为化学位移。化学位移在XPS中是一种很有用的信息，通过对化学位移的研究，可以了解原子的状态、可能处于的化学环境以及分子结构等。2二、有一混合气体，含N2,HCl和HBr，它们的远红外光谱中头几条谱线的波数是1670，2079，3340，4158，5010，6237m-1,问：（12分）（1）这些光谱由分子的什么运动产生？（2）这些光谱由哪几个分子产生？（3）计算这些分子的核间距解：（1）在远红外光谱区，与分子的转动能级相应，所以是分子的转动运动产生的。（2）根据选律，只有极性分子且1J时，才能引起转动能级跃迁而产生谱线。因此这些谱线是HBr和HCl产生的。（3）将头几条谱线分为两组就可以看出规律：1670，3340，5010m-1为一组，121670Bm2079，4158，6237m-1为一组，122079Bm由化学键知识知道，ClBrrr，HClHBrrr，又HClHBr，HClHBr因此，12079HClm，11670HBrm，172335.5111.611035.516.023101000HClkg172379.9111.641079.916.023101000HBrkg3422278106.6261088(3.1416)1039.51.61103101.2910129HClhrBcmpm3422786.626108(3.1416)8351.6410310142.9HBrrpm三．已知氧分子在电子基态时的振动基频波数为1580cm-1，在电子第一激发态（3u）时的振动基频波数为700cm-1。这两个电子态势能面最低点之间的能量差值为6.175eV，并且这两个电子态之间的跃迁是允许的。请问，由电子基态振动量子数v=0的状态跃迁到电子第一激发态的谱带中，能量最低的跃迁的波数是多少？（1eV=8065.5cm-1）（6分）解：16.1758065.50.570015800.549364cm3四、用Cu-K射线（=154.18pm）作金属钼（立方晶系）的晶体粉末衍射图，在=20.25°,29.30°,36.82°,43.81°,50.69°,58.00°,60.30°和其他一些更大的角度有衍射峰，求：⑴钼的晶体结构所属点阵型式；⑵钼晶胞参数；⑶计算钼的理论密度（钼的原子量95.94）（12分）解：(1)根据立方晶系的布拉格方程：sin2θ1:sin2θ2:sin2θ3:……=(h12+k12+l12):(h22+k22+l22):(h32+k32+l32):……θ/°20.2529.3036.8243.8150.6958.0066.30sin2θ0.1200.2390.3590.4790.5990.7190.838sin2θi/sinθ111.992.993.994.995.996.981234567以上比值是各衍射指标比为：1:2:3:4:5:6:7…，不缺7，所以可以确定为体心点阵型式，对应的衍射指标为110，200，211，220，310，222，321。(2)222222sin4hkla，2222sinahkl选择321代入得9222100.154103213.14610314.62sin66.30ampm或将各hkl和对应的衍射指标代入，得到a，求平均值。(3)密度3333023095.94210.23110/3.146106.023101000MnkgmVN五、用30.4nm辐射为激发源产生苯的光电子能谱时，最高能量的光电子的动能是31.5eV，找出苯中最高占据轨道的电离能(是分子轨道)，若改用58.4nm辐射为激发源，则苯中发射电子的最高能量是多少？（7分）解：波长30.4nm的光子能量相当于7140.78eV30.4108065.47电离能40.7831.59.3eVnnIhE波长58.4nm的光子能量为7121.23eV58.4108065.47动能''21.239.2811.95eVnnEhI答：最高能量是11.95eV。4六、化合物O分子量为190，其质谱主要碎裂离子峰为134，113，105，77，请写出其裂解方式及相应各碎片离子。(10分)解答：Om/z190cleavagecleavageO+O+C6H5m/z105m/z113-COm/z77OH-C4H8OHm/z134七、一个化合物分子量M为118，M的1HNMR():2.10(s,3H),5.40(d,J=2.5Hz,1H),5.50(d,J=2.5Hz,1H),7.31(brs,5H).M与HCl反应后生成另一化合物N，N的1HNMR():1.72(s,6H),7.30(brs,5H).试推断M和N的化学结构。(10分)解答：结构如下CH3CH3CH3ClMN八、某未知化合物分子式为C6H11O2Br，其红外光谱特征吸收为1730cm-1,核磁共振氢谱及质谱如下。试推测其结构，并请分别从各谱写出解析过程。对质谱裂解各碎片：166,149,138,121,115写出其裂解方式及相应各碎片离子。(15分)5答:从质谱图确定分子量为194。由于m/z194,m/z196的相对丰度几乎相等，说明分子中含一个Br原子，从红外图1730cm-1的吸收峰可知分子中含羰基，即含一个氧原子，1HNMR谱中，从低场到高场积分曲线高度比为1：2：2：3：3，H原子数目为11或其整数倍。从氢谱中可以看出含有以下片段：-OCH2CH3,-CH3,-CH2,-CH，加上化学位移，峰形和红外推出的-C=O，再从质谱和分子式中推出的-Br，可以得出以下结构：BrOO质谱裂解各碎片：166,149,138,121,11501234PPM12233tqmtt6BrOOm/z194-H-C2H4BrOOHm/z166-H-C2H4BrOOHm/z138-CH3CH2OBrm/z149O-COBrm/z121-cleavage-cleavage-BrOOm/z115九、请指出下列IR光谱哪个是2-己醇，哪个是二正丙基醚的谱图，为什么？(5分)7解答：1.2-己醇，2.二正丙基醚。（主要看O-H伸缩振动峰）十、下列IR光谱分别是正己烷、1-己烯和1-己炔的红外谱图，请根据每个谱图的特征指出它们分别是哪个化合物，为什么？(5分)8解答：1.1-己炔；2.正己烷；3.1-己烯