Question

如測量帶電粒子質(zhì)量的儀器工作原理示意圖，設(shè)法使某有機(jī)化合物的氣態(tài)分子導(dǎo)入圖中所示的容器中，使它受到電子束轟擊，失去一個(gè)電子變成為正一價(jià)的分子離子，分子離子從狹縫s₁以很小的速度進(jìn)入電壓為U的加速電場區(qū)（初速不計(jì)），加速后，再通過狹縫s₂、s₃射入磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，方向垂直于磁場區(qū)的界面PQ，最后，分子離子打到感光片上，形成垂直于紙面且平行于狹縫s₃的細(xì)線，若測得細(xì)線到狹縫s₃的距離為d，
（1）導(dǎo)出分子離子的質(zhì)量m的表達(dá)式
（2）根據(jù)分子離子的質(zhì)量數(shù)M可以推測有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)簡式，若某種含C、H和鹵素的化合物的M
為48，寫出其結(jié)構(gòu)簡式
（3）現(xiàn)有某種含C、H和鹵素的化合物，測得兩個(gè)M值，分別為64和66．試說明原因，并寫出它們的結(jié)構(gòu)簡式．
在推測有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)時(shí)，可能用到的含量較多的同位素的質(zhì)量數(shù)如下表：

元 素	H	C	F	Cl	Br
含量較多的同位互的質(zhì)量數(shù)	1	12	19	35，37	79，81

Answer 1

分析：（1）首先由功能關(guān)系得出粒子的速度，進(jìn)入磁場后在洛倫茲力的作用下勻速圓周運(yùn)動(dòng)，則感光片到入射點(diǎn)的距離應(yīng)為一個(gè)直徑的距離．由此可以解得質(zhì)量．
（2）這個(gè)是純化學(xué)，由于質(zhì)量數(shù)為48，故化合物的鹵素應(yīng)該是F，由此可以寫表達(dá)式
（3）綜合質(zhì)量數(shù)，可知是鹵素中的Cl，由此可以確定分子式．

解答：解：
（1）以m、q表示離子的質(zhì)量、電量，以v表示離子從狹縫s2射出時(shí)的速度，由功能關(guān)系可得
   qU=

1

2

mv2  ①
射入磁場后，在洛侖茲力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓定律可得
    qvB=m

v2

B

②
式中R為圓的半徑，
感光片上的細(xì)黑線到s3縫的距離d=2R     ③
解：m=

gB2d2

8U

            ④
（2）CH₃CH₂F
（3）從M的數(shù)值判斷該化合物不可能含Br而只可能含Cl，又因?yàn)镃l存在兩個(gè)同位素，即
³⁵Cl和³⁷Cl，所以測得題設(shè)含C、H和鹵素的某有機(jī)化合物有兩個(gè)M值，其對(duì)應(yīng)的分子結(jié)構(gòu)簡
式為：CH₃CH₂³⁵Cl   M=64；
CH₃CH₂³⁷Cl   M=66  
答：
（1）離子分子質(zhì)量為：m=

gB2d2

8U

（2）化合物結(jié)構(gòu)簡式為：CH₃CH₂F
（3）結(jié)構(gòu)簡式分別為：CH₃CH₂³⁵Cl          CH₃CH₂³⁷Cl

點(diǎn)評(píng)：本題化學(xué)元素多于物理元素，除第一問，其余是純化學(xué)知識(shí)．