Маскевич С.А. Атомная физика.Тестовые задания
Подождите немного. Документ загружается.
171
11.Б.2. Соотношение вкладов
e
E ,
r
E ,
υ
E во внутреннюю энер-
гию молекул следующее: __________.
11.Б.3. Наблюдать электронные спектры излучения молекул
можно в __________ областях спектра.
11.Б.4. Колебательно-вращательные спектры поглощения мо-
лекул находятся в __________ области.
11.Б.5. Энергия вращательного движения молекул может при-
нимать дискретный набор значений, каждый из которых является
индивидуальной характеристикой молекул , определяемый величи-
ной __________.
11.Б.6. Если для некоторой двухатомной молекулы вращатель-
ная постоянная
υ
B , то интервал между 4-м и 3-м вращательными
уровнями равен __________.
11.Б.7. Если для некоторой молекулы вращательная постоян-
ная
υ
B
, то различие в волновых числах любых со седних линий
чисто вращательного спектра равно __________.
11.Б.8. Для конкретного типа молекул относительная интен-
сивность линий в чисто вращательном спектре зависит от
__________.
11.Б.9. Если температура газа повышается, то максимум оги-
бающей вращательного спектра поглощения в шкале длин волн
будет смещаться в __________ сторону.
11.Б.10. Для двухатомной молекулы, приведенная масса кото-
рой
µ
, межъядерное расстояние
ρ
, различие между волновым чис-
лом 2-й и __________ линии чисто вращательного спектра соста-
вит
()
62
22
µρ
см
-1
.
11.Б.11. Наблюдать чисто вращательный спектр поглощения
молекул можно в дальней __________ области спектра.
172
11.Б.12. Наблюдать чисто вращательные спектры поглощения
можно в том случае, если вещество находится в __________ фазе.
11.Б.13. Наблюдать вращательную структуру колебательных
спектров поглощения молекул можно в то м случае, если вещество
находится в __________ фазе.
11.Б.14. Вращательная энергия молекулы может принимать
дискретный набор значений, определяемых вращательной посто-
янной и __________ числом.
11.Б.15. Вращательное квантовое число является номером вра-
щательного уровня энергии двухатомной молекулы. При этом зна-
чение энергии уровня связано с номером уровня __________ зави-
симостью.
11.Б.16. По мере увеличения энергии расстояние между вра-
щательными уровнями энергии двухатомных молекул __________.
11.Б.17. При увеличении температуры энергия вращательного
движения молекул возрастает. Это означает, что возрастает
__________ уровней энергии с большим значением вращательного
квантового числа.
11.Б.18. Вращательная постоянная мо лекулы
HCl равна 10 см
-1
,
поэтому различие в волновых числах 5-й и 1-й линий чисто враща-
тельного спектра составляет __________ см
-1
.
11.Б.19. Минимально возможное отличное от нуля значение
циклической частоты вращения некоторой двухатомной молекулы
равно
1
ω
. Следующее возможное значение частоты вращения для
данной молекулы будет равно __________
1
ω .
11.Б.20. Если момент инерции молекулы
2
H
равен J , то ми-
нимально возможное отличное от нуля значение __________ моле-
кулы будет равно
J2 .
173
11.В.1. В молекулах электрическое поле, в котором находятся
электроны, по сравнению с атомами имеет следующие отличия:
а) электрическое поле имеет большую величину;
б) электрическое поле не является сферически симметричным;
в) электрическое поле является однородным;
г) электрическое поле является неоднородным;
д) в случае двухатомных молекул электрическое поле имеет
ось симметрии.
11.В.2. Особенностями внутренней энергии молекул, в отли-
чие от атомов, являются:
а) определенный вклад во внутреннюю энергию молекулы
вносит вращение ядерной конфигурации;
б) энергия является положительной величиной;
в) энергия связи электронов в молекулах меньше;
г) определенный вклад во внутреннюю энергию молекулы
вносит колебательное движение ядер;
д) энергия связи электронов в молекулах больше.
11.В.3. Какие из представленных ниже выражений правильно
характеризуют вращательное движение молекул?
а) вращение молекул происходит вокруг осей инерции;
б) во вращательное движение вов лечены ядра молекулы и элек-
троны;
в) молекула может вращаться с любой частотой;
г) энергия вращения молекулы может иметь любые значения;
д) вращение молекулы возможно только в газовой фазе.
11.В.4. Какие из представленных ниже высказываний правиль-
но характеризуют систему электронно-колебательно-вращательных
уровней энергии молекулы?
а) последовательность электронных, колебательных и враща-
тельных уровней энергии молекул дискретна;
б) молекула, находясь в опре деленном электронном состоянии,
может иметь различные значения (набор значений) колебательной
энергии;
в) молекула, находясь в определенном электронно-колебатель-
ном состоянии, может иметь различные значения (набор значений)
вращательной энергии;
г) различие в энергии соседних колебательных уровней моле-
кулы значительно меньше, чем различие в энергии соседних элек-
тронных уровней;
174
д) для самого нижнего в системе электронно-колебательно-
вращательных уровней молекулы характерно то, что вращательная,
колебательная и электронная энергии равны нулю.
11.В.5. Для электронно-колебательно-вращательных спектров
молекул в газовой фазе характерно следующее:
а) каждый поглощенный фотон удовлетворяет условию частот
Бора (второй постулат Бора);
б) при поглощении или испускании фотона изменяется элект-
ронная энергия молекулы;
в) при поглощении или испускании фотона обязательно изме-
няется колебательная энергия молекулы;
г) при поглощении или испускании фотона обязательно изме-
няется вращательная энергия молекулы;
д) спектры излучения и поглощения наблюдаются в ультрафи-
олетовой и видимой областях спектра.
11.В.6. Система вращательных уровней энергии молекул име-
ет следующие характеристические особенности;
а) по мере увеличения энергии интервал между сос едними
уровнями увеличивается;
б ) энергия уровня о сновного состояния равна 0 для всех
молекул;
в) населенно сть уровней зависит только от температуры;
г) населенность всех уровней одинакова;
д) все уровни, кроме основного, вырождены;
е) энергии уровней более легких двухатомных молекул мень-
ше, чем более тяжелых.
11.В.7. Для вращательных спектров поглощения двухатомных
молекул характерно следующее:
а) поглощение фотонов возможно только при выполнении ус-
ловия частот Бора;
б) поглощение фотонов связано исключительно с переходами
между соседними уровнями;
в) относительная интенсивность линий зависит от температу-
ры и уменьшается для 1-й линии при нагревании;
г) чисто вращательные спектры поглощения наблюдаются в
видимой области спектра;
д) абсолютная интенсивность линий спектров пропорциональ-
на концентрации газа.
175
11.В.8. Для вращательных спектров поглощения двухатомных
молекул характерно следующее:
а) интервал частот между соседними линиями спектра при-
мерно одинаков;
б) интервал частот между со седними линиями спектра зави-
сит только от момента инерции молекулы;
в) интервал длин волн между соседними линиями спектра оди-
наков;
г) относительная интенсивность линий зависит от температу-
ры и уменьшается для 1-й линии при нагревании;
д) интервал частот между со седними линиями спектра зави-
сит от температуры.
11.В.9. В каких из перечисленных ниже случаев возможно на-
блюдение вращательных спектров поглощения?
а) вещество находится в конденсированном состоянии;
б) пары
HCl ;
в) газ
2
H ;
г) жидкость
HBr ;
д) газ
2
O ;
е) газ
CO ;
ж) пары
OH
2
.
11.В.10. В чем принципиальное отличие системы вращатель-
ных уровней энергии двухатомной молекулы от нелинейной трех-
атомной?
а) для трехатомной молекулы общее число уровней энергии в
1,5 раза больше, чем для двухатомной;
б) для трехатомной молекулы общее число уровней энергии,
приходящихся на единичный интервал энергии, в 1,5 раза больше,
чем для двухатомной;
в) для двухатомных молекул характерна одна последователь-
ность уровней энергии, удовлетворяющих формуле
)1( +
υ
rrB , а для
трехатомных молекул характерны две такие последовательности;
г) для двухатомных молекул характерна одна последователь-
ность уровней энергии, удовлетворяющих формуле
)1( +
υ
rrB , а для
трехатомных молекул характерны три такие последовательности;
д) для треха томных молеку л число уровней энергии, прих о дящих-
ся на е диничный интервал энергии, бо льше, чем для двух а т о мных.
176
11.В.11. В чем принципиальные отличия вращательных спект-
ров поглощения двухат омных молек ул от нелинейных трех атомных?
а) число линий в спектре для трехатомных молекул в 1,5 раза
больше, чем для двухатомных;
б) число линий в одном и том же интервале частот для трех-
а то мных молекул будет больше, чем для двухат омных молекул, если
их приведенные массы близки;
в) в спектрах двухатомных молекул наблюдается одна после-
довательность эквидистантных линий, а в спектрах трехатомных
молекул таких последовательностей три;
г) в спектрах двухатомных молекул наблюдается одна после-
довательность эквидистантных линий, а в спектрах трехатомных
молекул таких последовательностей две;
д) в спектрах трехатомных молекул, в отличие от двухатом-
ных, интервалы между соседними линиями неодинаковы.
11.В.12. Если сравнить чисто вращательные спектры погло-
щения молекул
HF и HBr , то можно обнаружить, что:
а) они отличаются частотами линий;
б) они не отличаются интенсивностями линий;
в) в спектре
HF интервал частот между соседними линиями
больше, чем в спектре
HBr ;
г) в спектре
HF интервал длин волн между соседними лини-
ями больше, чем в спектре
HBr ;
д) наблюдение спектров поглощения молек ул
HBr невозмо жно.
11.В.13. Вращательная постоянная
υ
B
молекулы HCl равна
10 см-1. В каких представленных ниже случаев правильно опреде-
лено значение вращательных термов данной молекулы?
а)
1
T
=20 см
-1
;
б)
2
T
=20 см
-1
;
в)
5
T
=60 см
-1
;
г)
0
T
=0;
д)
3
T
=120 см
-1
.
177
11.В.14. Вращательная постоянная
υ
B молекулы HCl равна
10 см
-1
. В каких из представленных ниже случаев правильно опре-
делены волновые числа спектральных линий в чисто вращатель-
ном спектре поглощения данной молекулы?
а)
20
~
0
=ν см
-1
;
б)
60
~
2
=ν см
-1
;
в)
60
~
3
=ν см
-1
;
г)
80
~
4
=ν см
-1
;
д)
120
~
5
=ν см
-1
.
11.В.15. В рамках адиабатического приближения (приближе-
ния Борна-Оппенгеймера) для молекул полагают, что:
а) кинетической энергией движения электронов относительно
ядер можно пренебречь;
б) движение электронов относительно ядер, колебательное и
вращательное движение ядерной конфигурации относительно не-
зависимы;
в) электроны как более легкие частицы «успевают» корректи-
ровать свое движение вслед за изменениями положения ядер;
г) волновая функция, описывающая движение электронов, ко-
лебательное и вращательное движения ядерной конфигурации,
представляется в виде произведения 3-х волновых функций
re
ψ•ψ•ψ
υ
;
д) волновая функция, описывающая движение электронов,
колебательно е и вращательное движения ядерной конфигурации,
представляется в виде суммы 3-х волновых функций
re
ψ+ψ+ψ
υ
в соответствии с принципом суперпозиции.
11.В.16. Если сравнить чисто вращательные спектры погло-
щения молекул
HCl (межъядерное расстояние
ρ
=1,275А) и
CO
(
ρ
=1,128A), зарегистрированные при одинаковых условиях, то
можно обнаружить следующие различия между ними:
178
а) линии в спектре расположены не периодически;
б) расстояние между соседними линиями в спектре
HCl боль-
ше, чем в спектре
CO ;
в) число линий заметной интенсивности в спектре
CO значи-
тельно больше, чем в спектре
HCl ;
г) линии(я) наибольшей интенсивности для
HCl и CO суще-
ственно отличаются порядковым номером;
д) линии(я) наибольшей интенсивности для
HCl в шкале час-
тот расположены значительно правее, чем для
CO ;
е) линии(я) наибольшей интенсивности для
HCl в шкале час-
тот расположены значительно левее, чем для
CO .
Ответы
11.А.1 – а); 2 – а); 3 – а); 4 – б); 5 – б); 6 – б); 7 – б); 8 – б); 9 – а);
10 – а); 11 – б); 12 – б); 13 – а); 14 – в); 15 – а); 16 – а); 17 – б); 18 – б);
19 – а); 20 – б); 21 – в); 22 – б); 23 – а); 24 – а); 25 – б); 26 – в); 27 – б);
28 – а); 29 – а); 30 – б).
11.Б.1 – электронное, колебательное, вращательное; 2 –
E
e
> E
v
> E
r
; 3 – ультрафиолетовой (УФ) и видимой; 4 – инфракрас-
ной (ИК); 5 – момента инерции; 6 – 8; 7 – 2; 8 – температуры (Т);
9 – к оротк ово лнов ую; 10 – 5-й; 11 – ИК, инфракрасной; 12 – газовой;
13 – газовой; 14 – вращательным квантовым; 15 – квадратичной;
16 – возрастает, увеличив ается; 17 – населенность; 18 – 80; 19 –
3
;
20 – частоты вращения.
11.В.1 – б), г), д); 2 – а), г); 3 – а), б), д); 4 – а), б), в), г); 5 – а), б),
г), д); 6 – а), б), д); 7 – а), б), в), д); 8 – а), б), г); 9 – б), е), ж); 10 – г), д);
11 – б), в), д); 12 – а), в), г); 13 – а), г), д); 14 – а), б), д); 15 – б), в), г);
16 – б), в), г).
179
12. Колебания молекул
Изучая данную тему, следует помнить, что методы колебатель-
ной спектроскопии, основанные на анализе спектров поглощения,
излучения и рассеяния света молекулярными системами, относят-
ся к числу эффективных и широко используемых способов иссле-
дования веществ на молекулярном уровне. Поэтому современный
специалист должен хорошо понимать физические основы данных
методов. Следует обратить внимание на правила квантования энер-
гии гармонического осциллятора, ангармоничность колебаний и ее
природу, понятие нулевых колебаний, закономерности формирова-
ния спектров ИК-поглощения как колебательных и колебательно-
вращательных спектров, спектров ко мбинационного рассеяния све-
та. Важно не упустить из виду вопросы правил отбора для
ИК-поглощения и КР, которые вытекают из матричного элемента
перехода применительно к указанным процессам. Представленные
ниже тестовые задания имеют различную сложность. Они позво-
ляют выявить как уровень базовых знаний, так и глубину понима-
ния вопросов колебательной спектроскопии и способность анали-
зировать и описывать колебательные квантовые со стояния
конкретных молекул.
12.А.1. Энергия нулевых колебаний гармонического осцилля-
тора равна кванту его колебательной энергии.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.2. Волновая функция всех нечетных по номеру состоя-
ний гармонического осциллятора нечетная, а волновая функция
нулевого и всех четных по номеру со стояний четная.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.3. Колебательные уровни энергии двухатомной молеку-
лы с учетом ангармоничности колебаний расходятся с увеличени-
ем энергии.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
180
12.А.4. Колеба тельный спектр поглощения молекул
HCl в гар-
моническом приближении содержит одну линию.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.5. Колебательный спектр поглощения молекул
2
O содер-
жит одну линию.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.6. Число колебательных уровней энергии молекулы бес-
конечно.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.7. В мо дели жестк ого ротатора число вращательных уров-
ней энергии молекулы конечно.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.8. Для молекул при отсутствии вырождения число соб-
ственных колебательных частот соответствует числу колебатель-
ных степеней свободы.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.9. Число собственных колебательных частот зависит от
того, линейная молекула или нелинейная.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.
12.А.10. Внутримолекулярные колебания молекул можно раз-
делить на два типа: валентные и деформационные.
а) да;
б) нет;
в) утверждение некорректно.