《分析化学》摩尔吸光系数（举一反三考点练）- 讲义

举一反三考点练 《分析化学》摩尔吸光系数-讲义 1、理解摩尔吸光系数的意义及影响因素。了解显色反应的条件及影响因素。 知识点一 摩尔吸光系数 定义与单位：摩尔吸光系数用 ε 表示，是指物质的浓度为 1mol/L，液层厚度为 1cm 时溶液的吸光度。其单位是 L・mol⁻¹・cm⁻¹。 相关公式：它与吸光度（A）、溶液浓度（c）和液层厚度（b）相关，满足朗伯 - 比尔定律，公式为 A = εbc。若已知吸光度、溶液浓度和液层厚度，可通过该公式计算摩尔吸光系数。 物理意义：摩尔吸光系数是吸收物质在一定波长和溶剂下的特征常数，不随浓度 c 和光程长度 b 的改变而改变。同一吸收物质在不同波长下的 ε 值是不同的，ε 越大表明该物质的吸光能力越强，用光度法测定该物质的灵敏度越高。一般 ε 在 10³~10⁵之间，若 ε>10⁵为超高灵敏，ε=(6~10)×10⁴为高灵敏，ε=10⁴~10³ 为中等灵敏，ε<10³ 为不灵敏。 影响因素：摩尔吸光系数受入射光的波长、吸光物质的性质、溶剂、温度、溶液的组成等因素影响。其中，入射光波长是重要影响因素，通常在最大吸收波长 λmax 处，摩尔吸光系数最大，测定灵敏度最高。 与吸光系数的关系：吸光系数 a 和摩尔吸光系数 ε 可以相互换算，公式为 ε = aM，其中 M 表示被测物质的摩尔质量。 摩尔吸光系数（ε）的大小与下列哪个因素无关（ ） A. 入射光波长 B. 有色物质的性质 C. 溶液浓度 D. 比色皿材质 【答案】C 【解析】摩尔吸光系数是物质的特性常数，与有色物质的性质、入射光波长、温度等有关，与溶液浓度、比色皿厚度无关，比色皿材质一般也不影响其数值，故答案选 C。 1. 下列关于摩尔吸光系数的说法正确的是（ ） A. 摩尔吸光系数越大，显色反应越不灵敏 B. 摩尔吸光系数随溶液浓度的增大而增大 C. 摩尔吸光系数的单位是 mol/（L・cm） D. 它是衡量物质对某波长光吸收能力的物理量 【答案】D 【解析】摩尔吸光系数越大，表明物质对某波长光的吸收能力越强，显色反应越灵敏，A 错误；摩尔吸光系数与溶液浓度无关，B 错误；其单位是 L/（mol・cm），C 错误；它是衡量物质对某波长光吸收能力的物理量，D 正确。 2. 某有色溶液符合朗伯 - 比尔定律，当溶液浓度为 c 时，吸光度为 A，若浓度变为 0.5c，其他条件不变，则吸光度为（ ） A. 2A B. 0.5A C. A² D. √A 【答案】B 【解析】根据朗伯 - 比尔定律 A = εbc，在 ε、b 不变的情况下，吸光度 A 与溶液浓度 c 成正比，浓度变为 0.5c，吸光度也变为原来的 0.5 倍，故答案为 B。 3. 用分光光度计测定某溶液吸光度时，若其他条件不变，仅将比色皿厚度增加一倍，摩尔吸光系数（ ） A. 增加一倍 B. 减小一倍 C. 不变 D. 变为原来的四倍 【答案】C 【解析】摩尔吸光系数只与物质本身性质、入射光波长等有关，与比色皿厚度无关，所以比色皿厚度增加一倍，摩尔吸光系数不变，选 C。 1. 某有色化合物在一定波长下，用 1cm 比色皿测得吸光度为 0.30，若用 3cm 比色皿测量，吸光度为（ ） A. 0.10 B. 0.30 C. 0.60 D. 0.90 【答案】D 【解析】根据 A = εbc，在 ε 和 c 不变时，A 与 b 成正比，比色皿厚度从 1cm 变为 3cm，变为原来的 3 倍，吸光度也变为原来的 3 倍，0.30×3 = 0.90，故答案为 D。 2. 摩尔吸光系数越大，说明（ ） A. 溶液浓度越大 B. 比色皿厚度越大 C. 物质对光的吸收能力越强 D. 吸光度越小 【答案】C 【解析】摩尔吸光系数是衡量物质对某波长光吸收能力的物理量，其值越大，表明物质对该波长光的吸收能力越强，与溶液浓度、比色皿厚度无关，吸光度在其他条件相同下会越大，所以选 C。 3. 下列哪种情况会使摩尔吸光系数发生改变（ ） A. 改变溶液浓度 B. 改变比色皿厚度 C. 改变入射光波长 D. 改变测量温度 【答案】C 【解析】摩尔吸光系数与物质性质、入射光波长有关，改变入射光波长，摩尔吸光系数会改变；改变溶液浓度、比色皿厚度不会改变摩尔吸光系数，测量温度对其影响较小，通常在一定温度范围内可认为不变，本题答案为 C。 · 定义：摩尔吸光系数是物质在单位浓度和单位厚度时的吸光度。 · 单位：其单位为L/(mol·cm)。 · 意义：摩尔吸光系数越大，表明物质对该波长光的吸收能力越强。 知识点二 显色反应 显色反应的基本要求： 选择性好：一种显色剂最好只与一种被测组分显色，这样可减少干扰，提高测定的准确性。 灵敏度高：一般要求摩尔吸光系数 ε>10⁴，灵敏度高有利于测定低含量组分。 产物组成稳定：有色化合物的化学组成恒定，性质稳定，能保证在测量过程中吸光度基本恒定，结果可靠。 颜色差别大：若显色剂本身有色，应与生成的有色化合物颜色差别大，通常要求两者的吸收峰波长之差大于 60nm，便于准确测定。 显色剂的种类： 无机显色剂：如过氧化氢、硫氰酸铵、碘化钾等。无机显色剂生成的配合物往往不稳定，灵敏度和选择性不高，应用相对较少。 有机显色剂：种类繁多，如偶氮类的偶氮胂 III、三苯甲烷类的铬天菁 S 和结晶紫、邻菲罗啉类的新亚铜灵、肟类的丁二肟等。有机显色剂通常颜色鲜明，选择性和灵敏度高，应用广泛。 显色反应的影响因素： 溶液酸度：酸度会影响显色剂的平衡浓度及颜色，改变溶液的吸收波长。同时，酸度也会影响待测离子的存在状态，防止其生成沉淀，还可能影响络合物的组成。实际工作中，常通过作吸光度 - pH 曲线来确定适宜的 pH 范围。 显色剂用量：为使显色反应尽量完全，一般需要加入过量的显色剂，但过量太多可能会引起副反应，通常通过实验作吸光度 - 显色剂浓度曲线，确定处于吸光度平台区的显色剂用量。 显色反应时间：不同的显色反应所需时间不同，有的反应快且稳定，有的反应慢，需要一定时间才能达到稳定状态，还有的反应虽快但不稳定。需根据具体反应确定合适的显色时间，可通过作吸光度 - 时间曲线来确定。 显色反应温度：显色反应一般在室温下进行，有些反应需要加热来加快反应速度，但温度过高可能导致显色剂或产物分解，影响测定结果。 溶剂：使用有机溶剂有时可提高显色反应的灵敏度和反应速率，还可能影响生成的显色物质的颜色和组成。 干扰离子及消除方法： 干扰原因：共存离子本身有颜色；与显色剂或被测组分反应，使显色剂和被测组分浓度降低；与显色剂生成有色化合物或沉淀；大量消耗显色剂，干扰测定。 消除方法：控制酸度，使干扰离子不显色；加入掩蔽剂，注意掩蔽剂使用的 pH 值；改变干扰离子价态；选择适当波长，遵循 “吸收最大，干扰最小” 原则；选择合适的参比溶液，消除显色剂和某些共存有色离子的干扰；采用电解法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法等分离干扰离子。 某显色剂与金属离子反应生成蓝色络合物，该显色反应适宜的波长选择为（ ） A. 红光区 B. 绿光区 C. 蓝光区 D. 紫外光区 【答案】A 【解析】根据互补色原理，蓝色的互补色是红色，所以应选择红光区的波长进行测定，此时溶液对光的吸收最强，测定灵敏度最高。 1. 下列因素中，对显色反应的灵敏度影响最大的是（ ） A. 显色剂的浓度 B. 溶液的酸度 C. 显色时间 D. 温度 【答案】A 【解析】显色剂浓度不足，显色反应可能不完全，会影响灵敏度；而溶液酸度主要影响显色反应的进行程度和络合物的稳定性等；显色时间影响显色反应是否达到平衡；温度主要影响反应速率和络合物的稳定性，相对而言，显色剂浓度对灵敏度影响最大。 2. 用分光光度法测定某物质，若显色剂本身有颜色，应选择的参比溶液是（ ） A. 溶剂空白 B. 试剂空白 C. 样品空白 D. 褪色空白 【答案】B 【解析】试剂空白是指除了不含被测物质外，其他成分与试样溶液相同，包括显色剂等试剂。当显色剂本身有颜色时，用试剂空白作参比，可以消除显色剂颜色对测定的干扰。 3. 显色反应中，加入过量显色剂的目的是（ ） A. 提高反应速度 B. 增大络合物的稳定性 C. 使显色反应完全 D. 降低背景吸收 【答案】C 【解析】加入过量显色剂，可根据化学平衡原理，促使显色反应向生成络合物的方向进行，从而使显色反应完全，提高测定的准确性。 1. 下列关于显色反应温度的说法，正确的是（ ） A. 温度越高越好 B. 温度越低越好 C. 不同的显色反应有适宜的温度范围 D. 温度对显色反应无影响 【答案】C 【解析】温度过高，可能会使络合物分解，或导致显色剂分解、变质等；温度过低，显色反应速度可能过慢，不能迅速达到平衡。不同的显色反应有其适宜的温度范围，在此范围内，反应既能较快进行，又能保证络合物的稳定性等。 2. 以下哪种情况会使显色反应的吸光度降低（ ） A. 增加显色剂用量 B. 减小比色皿厚度 C. 提高溶液温度 D. 更换灵敏度更高的仪器 【答案】B 【解析】根据比尔 - 朗伯定律 A = εlc，吸光度 A 与比色皿厚度 l 成正比，减小比色皿厚度，吸光度会降低；增加显色剂用量，在一定范围内可能使吸光度增大；提高溶液温度，若在适宜温度范围内，可能影响不大，若温度过高导致络合物分解等，则可能使吸光度降低，但不是必然降低；更换灵敏度更高的仪器，只是提高了检测能力，并不改变吸光度的实际值。 3. 某显色剂与金属离子形成的络合物在 pH = 4 - 6 时稳定，若要进行该显色反应，应选择的缓冲溶液是（ ） A. 醋酸 - 醋酸钠缓冲溶液（pH = 3.7 - 5.6） B. 氨 - 氯化铵缓冲溶液（pH = 8.2 - 10.2） C. 磷酸二氢钾 - 磷酸氢二钠缓冲溶液（pH = 6.2 - 8.2） D. 以上均可 【答案】A 【解析】应选择缓冲溶液的 pH 范围包含显色反应适宜的 pH 范围的缓冲体系。醋酸 - 醋酸钠缓冲溶液的 pH 范围符合要求，可维持溶液在适宜的酸度条件下，保证显色反应正常进行。 · 酸度：溶液酸度影响显色剂存在形式、颜色及稳定性。 · 显色剂用量：显色剂过量过多或不足，均会影响显色反应。 · 显色时间：不同显色反应需控制适宜时间。 知识点三 分光光度计的结构 光源：作用是发出所需波长范围内的连续光谱，并有足够的光强度和稳定性。可见光区常用钨灯或卤钨灯，波长范围一般在 320nm-2500nm。紫外光区常用氢灯或氘灯，波长范围大致为 185nm-375nm。 单色器：是将光源辐射的复合光分成单色光的光学装置，是分光光度计的心脏部分。主要组件包括狭缝、色散元件（如棱镜或光栅）和透镜系统等。其中，狭缝分为入射狭缝和出射狭缝，其宽度影响仪器的分辨率，狭缝越小，光的单色性越好。棱镜根据光的折射原理分光，玻璃棱镜用于可见光范围，石英棱镜可用于紫外和可见光范围。光栅则是根据光的衍射和干涉原理分光，波长范围宽、色散均匀、分辨性能好，在镀铝的玻璃表面刻有大量等宽度等间距条痕。 吸收池：也称比色皿，用于盛放样品溶液。由无色透明、耐腐蚀、化学性质相同且厚度相等的材料制成，常见厚度有 0.5cm、1cm、2cm 等。玻璃比色皿适用于可见光区，石英比色皿适用于紫外和可见光区。在高精度分析测定中，吸收池要挑选配对，确保对光的吸收和反射一致。 检测器：利用光电效应，将光能转成电流信号。常见的有光电池、光电管和光电倍增管等。光电管依对光敏感的波长范围不同分为红敏和紫敏两种。光电倍增管可使光激发的电流得以放大，灵敏度比光电管高很多，适用波长范围为 160nm-700nm。 信号指示系统：将检测器输出的电信号显示出来，以便读取吸光度值等数据。常见的有表头、记录仪、屏幕显示等，可将测量结果以数字或图表的形式呈现。 分光光度计中，能提供稳定连续光谱的部件是（ ） A. 单色器 B. 光源 C. 检测器 D. 比色皿 【答案】B 【解析】光源的作用是提供稳定的连续光谱，为分光光度计后续分光及检测提供基础。单色器是将复合光分解为单色光；检测器是将光信号转化为电信号；比色皿用于盛放待测溶液。所以选 B。 1. 以下哪种光源常用于分光光度计的可见光区（ ） A. 氘灯 B. 空心阴极灯 C. 钨灯 D. 激光光源 【答案】C 【解析】钨灯可发射出 320 - 2500nm 的连续光谱，常用于可见光区。氘灯主要用于紫外光区；空心阴极灯常用于原子吸收光谱仪；激光光源一般不用于常规分光光度计的光源。故答案为 C。 2. 分光光度计中，将复合光分解为单色光的关键部件是（ ） A. 光栅 B. 比色皿 C. 放大器 D. 光电管 【答案】A 【解析】光栅是常用的分光元件，可将复合光分解为单色光，实现分光光度计对特定波长光的选择。比色皿用于盛装溶液；放大器用于放大电信号；光电管是检测器的一种，用于检测光信号并转化为电信号。所以选 A。 3. 可见光分光光度计的比色皿通常采用的材质是（ ） A. 塑料 B. 石英 C. 玻璃 D. 陶瓷 【答案】C 【解析】玻璃比色皿在可见光区具有良好的透光性，且成本相对较低，适用于可见光分光光度计。石英比色皿适用于紫外 - 可见分光光度计，因为它在紫外光区也有较好透光性；塑料比色皿透光性相对较差，较少用于分光光度计；陶瓷材质一般不用于制作比色皿。故答案是 C。 1.分光光度计的检测器能实现的功能是（ ） A. 发射光 B. 测量吸光度 C. 将光信号转化为电信号 D. 调节波长 【答案】C 【解析】检测器的主要功能是接收透过样品的光信号，并将其转化为电信号，以便后续的放大和数据处理。光源负责发射光；吸光度是通过检测透过光强度与入射光强度的比值计算得出，并非检测器直接测量；调节波长是单色器的功能之一。所以选 C。 2.某分光光度计在测量过程中，无法获得稳定的单色光，最可能出现故障的部件是（ ） A. 光源 B. 单色器 C. 比色皿 D. 数据处理系统 【答案】B 【解析】单色器的作用是产生单色光，若无法获得稳定单色光，很可能是单色器出现故障。光源故障可能导致光强度不稳定等问题；比色皿主要影响光在溶液中的吸收，与产生单色光无关；数据处理系统负责处理检测到的信号，与单色光产生无关。所以选 B。 3.以下关于分光光度计中比色皿的说法，错误的是（ ） A. 比色皿的光程有多种规格 B. 比色皿使用前需用待测液润洗 C. 不同材质比色皿适用不同波长范围 D. 比色皿可以用去污粉清洗 【答案】D 【解析】比色皿光程有 0.5cm、1cm、2cm 等多种规格；使用前需用蒸馏水冲洗后再用待测液润洗；玻璃比色皿适用于可见光区，石英比色皿适用于紫外 - 可见区。但比色皿不能用去污粉清洗，去污粉可能会划伤比色皿表面，影响其透光性，应用合适的洗液清洗。所以选 D。 · 光源：提供稳定的入射光。 · 单色器：将复合光分解为单色光。 · 吸收池、检测器和显示器：吸收池盛放样品，检测器将光信号转化为电信号，显示器显示测量结果。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $