Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (задачи и вопросы) (PDF) (1109656), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Оцените энергию фотонов (эВ, Дж, кал моль ') следующих спектральных диапазонов: а) рентгеновского (Л<10 нм); б) ультрафиолетового (1Π— 400 нм); в) видимого (400 — 750 нм); г) инфракрасного (750 нм — 1 мм); д) микроволнового (1 мм — 10 см); е) радиочастотного (>10 см). Отваги: а) >1,2'10а эВ, >2'10 '7 Дж, >3'104 кал/моль; б) 3- 1,2 10' эВ, 5 1О '9-2 10 " Дж, 7 10"-3 104 кал/моль; в) 1,7 — 3 эВ, 2,6 10 гв — 5'10 ао Дж 4 104 — 7 10" кал/моль; г) 1,2 10 з — 1,7 эВ,2'10 аа — 2,6'10 а~ Дж 3 10' — 4.10 кал/моль;д) 1,2.10 ' — 1,2 10 ' эВ,2 10 аа — 2 1О Дж, 3 10 ' — 3 10' кал/моль; е) <1,2'!О з эВ, <2 10 ' Дж <3'10 г кал/моль.
5. Найдите волновые числа, отвечающие энергиям переходов: а) 100 Дж моль '; б) 1 эВ; в) 1 ккал моль '. Ответ: а) 8,36 см б) 8,1 1О см ~; в) 3,5 10а см 268 6. Вычислите длину волны излучения, поглощаемого молекулой, если энергия соответствующего перехода в расчете на 1 моль равна: а) 0,001 ккал; б) 1 ккал; в) 30 ккал; г) 100 ккал. Каким спектральным диапазонам отвечают зги длины волн7 Ответ: а) 2,9.10 ' м, микроволновая; б) 2,9 10 ' м, ИК; в) 953 пм, ИК; г) 286 нм, УФ.
7. В каких областях спектра будут находиться спектральные ливни, отвечающие энергиям (кДж моль '): а) 200 — 800; б) 10— 20; в) 0,01 — 1? Ответ: а) УФ„видимая; б) ИК; в) микроволновая. 8. В таблице даны ыекоторые из энергетических уровней гипотетического одыоэлектроыыого атома." л 1 2 3 4 5 со Е, эы — 15,60 — 5,30 -3,08 — 1,45 — 0,80 0 Нарисуйте диаграмму энергетических уровней и определите: а) энергию ионизации; б) коротковолновую границу спектральной серии, заканчивающейся на а=2; в) энергию возбуждения в состоянии с л=З; г) волновое число фотона, излучаемого при переходе из состояния с л=3 в основыое состояние; д) какую энергию будет ыметь после взаимодействия с эгым атомом электрон, если его ыачальыая кинетическая энергия равна 6 эВ; 11 эВ; Ответ: а) 15 — 60 эВ; б) 234 нм; в) 12,52 зВ; г) 1,01 10' см ', д) 6 эВ; 0,7 эВ.
9. В эмиссионыом спектре одноэлектронного атома наблюдаются две линии: при 120 и 100 нм, отвечающие переходам 2~Р-+!~о ы 3'Р- !зБ. Пучок электронов с эыергией 11 эВ попадает на газ, сосгоя1ций из этих атомов. а) С какой энергией электроны будут вылетать из газа? 6) Как изменится ответ на этот вопрос, если эыергия элехтроыов возрастет до 13 эВ? Ответ: а) 0,67 эВ; б) 2,67 эВ и 0,60 зВ. 10. На сколько изменилась энергия электрона в атоме водорода в результате излучения фотона с 2=4,86 10 2 нм? Ответ: на 2,55 эВ. 11. При облучеыиы паров ртути электронами эыергия атома ртути увеличилась на 4,88 эВ.
Какова длина волны излучения атома Ртути при переходе в невозбужденное состояние? Ответ: 254 ым. 12. При излучеыии фотона полная энергия атома водорода изменилась на 2,56 эВ. Какова длнна волны излучаемого света? Отвелк 434 ым. 13. Энергии электронных состояний атома лития составляют (зВ): 2 Р— 1,85, 3 Р— 3,83, 4~!3 — 4,55. Энергия основного состояния 2~о принята за нуль.
Найдите длины волн переходов З~Р- 225 и 4~0 — 2зР. Ответ: 324 нм и 1722 нм. 269 14. Потенциал ионизации атома рубидия составляет 4,18 эВ, Наблюдаются лн в его эмиссионном спектре линии с 2~255 нм? Ответ подтвердите расчетами. Отвеин Нет, коротковолновая граница составляет 299 нм. 15. Потенциал нонизацни атома водорода равен 13,6 эВ. Какова наибольшая длина волны излучения, которое могут ионизнровать атомы водорода? Ол»веля 91,2 нм.
16. Найдите расщепление ЬЕ (эВ) уровня 4р атома калия, если длины волн компонент дублета равны 769,898 и 766,491 нм. Опиев»; 7 16. 1О-з эВ. 17. Первый потенциал ионизацни атома гелия равен 24,6 В. Какая энергия (эВ) требуется для ионизацни атома гелия? До какой температуры следует нагреть гелиевь»й газ, чтобы его атомы могля ионизировать друг друга при столкновениях? Указание. Учесть, что средняя кинетическая энергия частиц определяется температурой Т: Е=3)21сТ, где ?г — константа Больцмана. Оииегл: 1,90'10» К. о 18. Рассчитайте величину смещения линий (см г, А) в спектре изотопов водорода, отвечающих переходам: 1. С л»=4 на л;=! для изотопов: а) Н и П, б) Н и Т, в) П н Т; П.
С л;=4 на л,=2 для изотопов: а) Н и П, б) Н и Т. Ответ: 1. а) 30,84 см г (0,29 ~ф б) 35,99 см г (0,34 А); в) 5,15 см ' (0,05 Р~. П. а) 6,17 ем ' (1,46 л); б) 7,20 ем ' (1,70®. 19. В эмиссионном спектре изотопа водорода линия серии Пашена располагается при 2=1875,11 нм. Какова длина волны этой же линии в эмиссионном спектре изотопа Т? Отве»л: 1874,45 нм. а 20. Рассчитайте естественную ширину (л) линии, наблюдаемой в эмиссионном спектре при 2=500,0 нм, если время жизни возбужденного состояния, отвечающего этой линии, составляет 10 ~ с. О .
13 10-4 ю 21. Оцените величину допплеровского уширения (Д) Ю-линии атома натрия (589,3 нм) при Т= 2000 К. Ответ: 3,8 10» нм. 22. Энергия возбуждения атома лития равна 1,85 эВ, а время жизни возбужденного состояния составляет 6,5 10 а с. Сопоставьте естественную ширину линии в эмиссионном спектре атома лития с величиной ее допплеровского уширення при а) 2000 К н б) 3000 К о О (в А и см '). Отвевц естественное ушнренне 3,7 1О ' А(8,2 10 о см ~); допплеровское ушнренне: а) 5,5 10 з А (0,12 см '); б) 6,8 1О з А(0,15 см ~).
23. Какова естественная ширина спектральной линии (эВ), если время жизни возбужденного состояния 1О» с? Ответ: 6,2 10» эВ. 270 24. Атомы натрия в высокотемпературных источниках излучают дублет: 1140,4 нм (4'Бър- 32Рэл) 1138,3 нм (425,а- ЗзРш). Рассчитайте отношение заселенностей 32Р- и 4зо-уровней: а) в пламени ацетилен — кислород (3100'С); б) в наиболее горячей части индуктивно-связанной плазмы (8000'С). Отношение статистических весов возбужденного и основного состояний принять равным 3.
Оиве7л: а) 0,07; б) 0,65. 25. Для ионов М8+ сравните отношение числа частиц в возбужденном состоянии З~Р к числу частиц в основном состоянии Ззо в пламенах: а) природный газ — воздух (1800'С); б) водород— кислород (2600'С); в) ацетилен — кислород (3100'С) и в индуктнвио-связанной плазме (5700'С). Энергия возбуждения 32Р-уровней составляет 4,43 эВ.
Отношение статистических весов возбужденного и основного состояний примите равным 3. Результаты расчета представьте в виде графика зависимости отношения заселенностей возбужденного и основного уровней от температуры. Ответ: а) 5,1 10 14; б) 5,! 1О в; в) 7,2'10 7; г) 5,4'10 4. 26. Определите отношение числа атомов газообразного лития в состоянии 22Р к числу атомов в основном состоянии 2зо в пламенах: а) природый газ — воздух (1800'С); б) водород — воздух (2200'С); в) водород — кислород (2600'С); г) ацетилен — кислород (3100'С). Длина волны резонансной линии 22Р- 2зБ атома лития Л= 670,78 нм.
Отношение статистических весов возбужденного и основного состояний принять равным 3. Используя результаты расчетов, постройте график зависимости отношения числа атомов в возбужденном и основном состояниях от температуры источника возбуждения.
Ответ: а) 9,6 10 ~; б) 5,4 10 4; в) 1,8'10 з; г) 5,1 10-з 27. Константа ионизации атомов щелочного металла в пламени (М = М+ + е) зависит от температуры пламени следующим образом: 18К= — 5041 Е) Т+ 5(218 Т- 6,49, где Š— потенциал ионизация атома в эВ. а) Рассчитайте значения константы ионизацни атомов калия (Е=4,34 эВ) для 2000 К, 2500 К, 3000 К. б) Выразите константу ионизация щелочного металла через парциальное давление р атомов металла н долю ионизированных атомов а. в) Для парциального давления р = 1 10 4 атм рассчитайте доли ионизированных атомов калия при указанных выше температурах и укажите, какая температура подходи г для пламенного эмиссионного определения калия. 271 г) Будет ли влиять на результаты расчетов ионизация газов пламени? Ответ: а) 6,67 10 ~~; 1,79 10 7; 8,13 ' 10 ~; в) 0,025; 0,34; 0,90.
28. В какой области спектра будут наблюдаться линии атома натрия, отвечающие переходам: а) 4Б- 3Р (резкая сериа); б) 4Г- 3п (серна Бергмана); в) 3О- 3Р (днффузная серия)? Отее а) 1168,3 вм; б) 1846,2 нм", в) 839,5 нм. 29. Вычислите разыосп, энергий между нулевыми первым во буждевным колебательным уровнями молекулы Нз~С! в зВ, если волновое чысло колебательного перехода равно 2890 см '. Ответ: 0,35 эВ. 30.
Определите длину волны света, поглощаемого ионом Т1(Н2О)е~+, если величина расщепления в поле лигавдов 6=239 кДж ' моль '. Какова окраска акваиона Т1(Н20),~+? Ответ: 500 нм. 31. В какую область спектра будет смещаться полоса поглощения, наблюдаемая в электроыном спектре парообразного вещества при 2=473 нм при его растворении, если в растворе эыергия основного электронного состояния уменьшается ва 4,20 кДж моль а энергия низшего возбужденного состояния уменьшается на 12,55 кДж моль 1? Какова величина этого смещения ЛЛ, нм? Ответ: в длинноволновую, 62=16 ым. 32. Пользуясь законом распределения Больцмана, рассчитайте отношение числа молекул в колебательном состоянии с г= 1 к числу молекул в основном состоянии (т=0) при 25'С: а) для молекул Нз~С1 (волновое число соответствующего перехода 9=2890 см ~); б) для молекул 'з71, (9=213 см ').
Отношение статистических весов 8(т=1)ф8(т=0) принять равным 1. Ответ: а) 8,8'10 7; б) 0,36. 33. Люминесцирующее вещество поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 280 нм и светытся зелеыым светом с длиной волны 508 нм. Какую энергию каждый фотон передает люмннесцирующему веществу? Отвевс 2,00 зВ. Вопросы 1. Поясните следующве термины: стационарные состояния, энергетические уровни, основное (нормальное) состояние, возбужденное состояние, поглощение, непускание, фотон, длина волны, частота, волновое число, спектральная линия, интенсивность спектральной линии, заселенность энергетических уровней, спектр поглощения, спектр испускания.
2. Объясните происхождение спектров испускания (эмиссионных) и спектров поглощения (абсорбционных) атомов н молекул с позиций квантовой теории. 272 3. Какими величинами характеризуются линии и полосы, наблюдаемые в спектрах испускания и поглощения? 4. Какие энергетические уровни и переходы изучают в: а) атомной спектроскопии; б) в молекулярной спектроскопии? 5. Для каких систем характерно появление: а) линейчатых; б) полосатых спектров? 6. Какие из указанных частиц К, Ха, СО, Ах, Хь СаОН, МпО4, СН, имеют в электронных спектрах ливии, а какие — полосы? 7. Какой интервал длин волн отвечает оптическому диапазону? 8.
Какой области спектра соответствует излучение с длиной волны: а) 703 нм; б) 11,5 см; в) 3,62 мкм; г) 9,25 А? Каким энергетическим переходам оно отвечает? Какие методы анализа основаны на этих переходах? 9. Спектр газообразного цезия прост и напоминает спектр газообразного лития, а спектр газообразного железа чрезвычайно сложен. Дайте качественное объяснение этого различия. 10. Какие электронные переходы называются резонансными? Почему при определении элементов пламенно-эмиссионным методом используют резонансные линии, соответствующие переходам с первого возбужденного уровня? 11. В какую область спектра будут смещаться резонансные линни в спектрах атомов в ряду Ха — Мй — Р? 12.
Какой процент атомов определяемого элемента формирует аналитический сигнал в методе: а) пламенной эмиссионной спектрометрии; б) атомно-абсорбционной спектрометрии в пламени? 13. Какие факторы определяют интенсивность эмиссионной линии? 14. Сформулируйте правила отбора электронных переходов в атомах. Укажите разрешенные переходы для термов: ~Я, зР, ~Ю. 15. На рис. 9.6 приведены зависимости интенсивности спектральных линий кальция и бора от температуры. Чем объяснить наличие максимумов на кривых? 16.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
