氯化氢气体的红外光谱：键长

在 FTIR 上记录 HCl 气体的基频带，给 P 支和 R 支的每条线编号，用组合差求出两个振动能级的转动常数，最后算出 H–Cl 键长——物理化学实验课的经典题目。

难度 ●●● 约 40 分钟

实验目的 测定 HCl 基频带的转动结构，求出 B₀、B₁、αₑ 和平衡键长 rₑ，并比较 H³⁵Cl 与 H³⁷Cl。

FTIR · 谱线由分子常数算出

分辨率

显示谱线位置

温度 296 K

能级图：v = 0 与 v = 1 的转动能级（间距放大），箭头是选中的跃迁，左侧条形是各 J 能级的布居。

R(2)

R(2) · H³⁵Cl · J = 2 → 3 · 2944.91 cm⁻¹

下能级 J = 2 上有 18.4 % 的分子；这条线的相对强度 1.00。296 K 时布居最多的是 J = 3。

B₀ = 10.440 cm⁻¹，B₁ = 10.136 cm⁻¹，ν̃₀ = 2885.98 cm⁻¹。

这条线旁的 H³⁷Cl 线相距 2.19 cm⁻¹，分辨率 0.5 cm⁻¹ 下能分开。

操作步骤

在通风橱中往干燥的 NaCl 上逐滴加浓硫酸，生成的 HCl 气体经浓硫酸干燥后，充入预先抽空的 10 cm 气体池，压力约 5–10 kPa。
先用空池记录背景，再在 2600–3100 cm⁻¹ 范围以 0.5 cm⁻¹ 分辨率记录样品光谱。
给谱线编号：中间的空隙就是带心 ν̃₀；从空隙向高波数数 R(0)、R(1)……，向低波数数 P(1)、P(2)……。每对双线中较强的一条属于 H³⁵Cl。
列出 R(J−1) − P(J+1) 和 R(J) − P(J)，对 J + ½ 作图并拟合直线；再把差值除以 (J + ½) 对 (J + ½)² + ¾ 作图，求出 B₀、B₁ 和离心畸变常数 D。
由 αₑ = B₀ − B₁ 和 Bₑ = B₀ + αₑ/2 求 rₑ；对较弱的 H³⁷Cl 谱线重复一遍，比较两个 rₑ。