Ю.А. Золотов - Основы аналитической химии (задачи и вопросы) (1110138), страница 49
Текст из файла (страница 49)
5. Найдите волновые числа, отвечающие энергиям переходов-' а) 100 Дж ' моль ~; б) 1 эВ; в) 1 ккал моль з. Ответ; а) 8,36 см б) 8,1 1Оз см '; в) 3,5 !Оз см 288 6. Вычислите длвну волны излучения, поглощаемого молекулой, если энергия соответствующего перехода в расчете ыа 1 моль равна: а) 0,001 ккал; б) 1 ккал; в) 30 ккал; г) 100 ккал. Каким спектральным диапазоыам отвечают эти длины волн7 Ответ: а) 2,9'10 ' м, микроволновая; б) 2,9 10 э м, ИК; в) 953 нм, ИК; г) 286 нм, УФ, 7.
В каких областях спектра будут находиться спектральные линни, отвечающие зыергиям (кДж моль э): а) 200 — 800; б) 10— 20„' в) 0,01 — 17 Ответ: а) УФ, видимая; б) ИК; в) микроволновая. 8. В таблице даны некоторые из энергетических уровней гипотетического одыоэлектроыного атома: и 1 2 3 4 5 со — 15,40 — 5,30 — 5,08 — 1,45 — О,ОО О Е, эв Нарисуйте диаграмму энергетических уровней и определите: а) энергию ионизации; б) коротковолновую границу спектральной серии, заканчивающейся на в=2„в) энергню возбуждения в состоянии с л=З; г) волновое число фотона, излучаемого при переходе из состояния с л=З в основное состояние; д) какую энергию будет иметь после взаимодействия с этим атомом электрон, если его начальная кинетическая энергия равна 6 зВ; 11 эВ; Ответ: а) 15 — 60 эВ; б) 234 нм; в) 12,52 зВ; г) 1,01 105 см ~; д) 6 эВ; 0,7 эВ.
9. В эмиссионном спектре одыоэлектронного атома наблюдаются две линии: при 120 и 100 нм, отвечающие переходам 2'Р- 1эБ ы 3'Р- 1эБ. Пучок электронов с энергией 11 эВ попадает на газ, состоящий нз этих атомов. а) С какой энергией электроны будут вылетать из газа7 б) Как изменится ответ на этот вопрос, если энергия электронов возрастет до 13 эВ7 Ответ: а) 0,67 эВ; б) 2,67 эВ ы 0,60 зВ. 10.
На сколько изменилась энергия электрона в атоме водорода в результате излученыя фотона с 2=4,86 10 э нм? Ответ: ыа 2,55 эВ. 11. При облучении паров ртути электронамн энергия атома ртути увеличилась на 4,88 эВ. Какова длина волны излучения атома ртути при переходе в невозбуждеыное состояние7 Ответ: 254 ым.
12. При излучении фотона полная энергия атома водорода измеыылась ыа 2,56 эВ. Какова длина волны излучаемого света7 Ответ: 434 нм. 13. Энергии электронных состояний атома патия составляют (эВ): 2 Р— 1,85, 3 Р— 3,83, 4 Р— 4,55. Энергия основного состояния 2эБ принята за нуль. Найдите длины волн переходов ЗэР-+2эБ ы 4~Р- 2 Р. Ответ: 324 ым и 1722 ым. 2б9 14. Потенциал иоиизации атома рубидия составляет 4,18 эВ Наблюдаются ли в его эмиссионном спектре ливии с 2<255 нм? Ответ подтвердите расчетами. Ответ: Нет, коротковолновая тра ница составляет 299 нм. 15.
Потенциал ионизации атома водорода равен 13,6 эВ. Какова наибольшая длина волны излучения, которое могут ионизировать атомы водорода? Ответ: 91,2 нм. 16. Найдите расщепление ЛЕ (эВ) уровня 4р атома калия, если длины волн компонент дублета равны 769,898 и 766,491 нм. Ответ: 7 16.10-з эВ 17. Первый потенциал иоиизации атома гелия равен 24,6 В. Какая энергия (эВ) требуется для иоиизации атома гелия? До какой температуры следует нагреть гелиевый газ, чтобы его атомы могля ионизировать друг друга при столкновениях? Указание. Учесть, что средняя кинетическая энергия частиц определается температурой Т: Е=3/2ЙТ, где й — константа Больцмаиа. Ответ: 1,90' 10з К.
18. Рассчитайте величину смещения линий (см ', А) в спектре изотопов водорода, отвечающих переходам: 1. С л =4 на вз — -1 для изотопов: а) Н и П, б) Н и Т, в) О и Т; П. С л;=4 на в,=2 для изотопов: а) Н и О, б) Н и Т. Ответ: 1. а) 30,84 см 1 (0,29 А); 6) 35,99 см 1 (0,34 А); в) 5,15 см 1 (0,05 А). П. а) 6,17 ем 1 (1,46 А); б) 7,20 см 1 (1,70 А). 19. В эмиссионном спектре изотопа водорода ливия серии Пашена располагается при 2= 1875,11 нм. Какова длина волны этой же линии в эмиссионном спектре изотопа Т? Ответ: 1874,45 нм. а 20. Рассчитайте естественную ширину (А) линии, наблюдаемой в эмиссионном спектре при 2= 500,0 нм, если время жизни возбужденного состояния, отвечающего этой линии, составляет 10 в с. О °:1,3 10- а 21. Оцените величину допллеровского уширения (А) Ю-линии атома натрия (589,3 нм) при Т=2000 К.
Отвеин 3,8 '10 з нм. 22. Энергия возбуждения атома лития равна 1,85 эВ, а время жизни возбужденного состояния составляет 6,5 ' 10 в с, Сопоставьте естественную ширину линии в эмиссионном спектре атома лития с величиной ее допплеровского уширения при а) 2000 К и б) 3000 К а (в А и см 1). Ответ: естественное уширение 3,7 1О з А(8,2 10 ~ см е); допплеровское уширение: а) 5,5 10 з А (0,12 см ); 6) 6,8 10 з А(0,15 см е), 23. Какова естественная ширина спектральной линии (эВ), если время жизни возбужденного состояния 10 в с? Ответ: 6,2 10 эВ. 270 24. Атомы натрия в высокотемпературных источниках излучают дублет: 1140,4 нм (4~Бщ — 3зР,р~; 1138,3 нм (4~3пг- 3зРщ) Рассчитайте отношение заселенностей 3зР- и 4зЕ-уровней: а) в пламени ацетилен — кислород (3100'С); б) в наиболее горячей части индуктивно-связаниой плазмы (8000'С). Отношение статистических весов возбужденного и основного состояний принять равным 3.
Оглвеж: а) 0,07; б) 0,65. 25. Для ионов М8+ сравните отношение числа частиц в возбужденном состоянии 3зР к числу частиц в основном состоянии 3~Е в пламенах: а) природный газ — воздух (1800'С); б) водород— кислород (2600'С); в) ацетилен — кислород (3100'С) и в индуктивно-связанной плазме (5700'С). Энергия возбуждения 3зР-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. Отвеин а) 5,1'10 ~~; б) 5,1'10 ~; в) 7,2'10 ', г) 5,4 1О ~.
26. Определите отношение числа атомов газообразного лития в состоянии 2зР к числу атомов в основном состоянии 2зБ в пламенаж 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 2зР 2хЯ атома лития 2= 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.
Отвеин а) 9,6 !О ~; б) 5,4'10 ~; 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 вЂ” 6,49, где Š— потенциал ионизации атома в эВ. а) Рассчитайте значения константы ионизации атомов калия (Е= 4,34 зВ) для 2000 К, 2500 К, 3000 К. б) Выразите константу ионизации щелочного металла через парциальное давление р атомов металла и долю ионизированных атомов а.
в) Для парциального давления р=1 '10 6 атм рассчитайте доли ионизированных атомов калия при указанных выше температурах и укажите, какая температура подходит для пламенного эмиссионного определения калия. 271 г) Будет .ли влиять на результаты расчетов ионизация газов пламени? Ответ: а) 6,67 1О зв; 1,79 10 7; 8,13 10 ~; в) 0,025; 0,34; 0,90. 28. В кахой области спектра будут наблюдаться линии атома натрия, отвечающие переходам: а) 43- ЗР (резкая серия); б) 4Г- 30 (серия Бергмана); в) 3Р- 3Р (диффузная серия)? Отве а) 1168,3 вм; б) 1846,2 ньц в) 839,5 нм. 29. Вычислите разность энергий между нулевыми первым во бужденным колебательным уровнями молекулы Нз«С! в эВ, если волновое число колебательного перехода равно 2890 см '.
Ответ; 0,35 эВ. 30. Определите длину водны света, поглощаемого ионом Т1(НтО)в~+, если величина расщепления в поле лигацдов Л=239 кДж моль '. Какова окраска акванона Т1(НтО)в~ ? Ответ: 500 нм. 31. В какую область спектра будет смещаться полоса поглощения, наблюдаемая в элехгрониом спектре парообразного вещества при Л=473 нм при его растворении, если в растворе энергия основного электронного состояния уменьшается на 4,20 кДж моль а энергия низшего возбужденного состояния уменыпается на 12,55 кДж моль '? Какова величина этого смещения ЬЛ, нм? Ответ: в длииноволновую, ЬЛ= 16 нм. 32. Пользуясь законом распределения Больцмана, рассчитайте отношение числа молекул в колебательном состоянии с «=! к числу молекул в основном состоянии («=О) при 25'С: а) для молекул НзвС! (волновое число соответствующего перехода «=2890 см ~); 6) для молекул 'а~11 (« =213 см 1). Отношение статистических весов 8(«=1)!8(«=0) принять равным 1.
Ответ: а) 8,8' 1О «; б) 0„36. ЗЗ. Люминесцирующее вещество поглощает ультрафиолетовое излучение с длиной волны 280 нм и светится зеленым светом с длиной волны 508 нм. Какую энергию каждый фотон передает люминесцирующему вппеству? Ответ: 2,00 эВ. 1. Поясните следующие 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 и 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; 6) полосатых спектров? 6. Какие нз указанных частиц К, Ха, СО, Аг, Хь СаОН, МпО,, СН, имеют в электронных спектрах линии, а какие — полосы? 7.
Какой интервал длин волн отвечает оптичесжому диапазону? 8. Какой области спектра соответствует излучение с длиной а волны: а) 703 нм; б) Н,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 линии в спектрах атомов в ряду Ха — М8 — 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, ~Р, ~Ю. 15. На рис. 9.6 приведены зависимости интенсивности спектральных линий кальция и бора от температуры. Чем объяснить наличие максимумов на кривых? 16. На рис. 9.7 показано изменение доли свободных атомов П, Ух, НГ в зависимости от температуры. Чем объяснить колоколообразный характер приведенных зависимостей? 17. Как меняется величина дублетного расщепления низших ~Р- термов атомов щелочных металлов с ростом атомного номера? 18. Какие типы переходов в молекуле вызываются поглощением а) ультрафиолетового; б) видимого, в) инфракрасного излучения? 19. Изобразите схематически расположение энергетических уровней, соответствующих а-, я- и л-молекулярным орбиталям, н укажите возможные типы электронных перехолов межлу ними.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
