苯的稳定化能的测定及量子化学计算.pdf

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1、山东轻工业学院物理化学综合设计实验(一)实验名称：苯的稳定化能的测定及量子化学计算学生班级:化学08-2学生姓名:颜士臣学生学号:200804011055指导教师:张君完成时间:2010年12月28日苯的稳定化能的测定及量子化学计算作者：颜士臣学号：200804011055摘要:本实验中先通过利用氧弹法测量各物质的燃烧热，可用基准物如苯甲酸法标定，然后分别称取苯、环己烷、环己烯在氧弹中燃烧，由体系的热容和试样燃烧后温度的升高值计算各物质的燃烧热，进而计算苯分子的稳定化能。了解稳定化能的相关知识，掌握怎样采用实验方法和理论计算得到苯分子稳定化能的数据。稳定化能可用量子化学计算、热化学方法

2、、氢化热的测定等方法求得。关键词:氧弹法燃烧热稳定化能量子化学计算一、综述现代物理方法（射线法、光谱法、偶极距的测定）表明，苯分子是一个平面正六边形构型，键角都是120°，碳碳键长都是0.1397nm。图示如下：H0.1397nm120°正六边形结构HH所有的原子共平面120°0.1397nmC-C0.1397nm键长均为HHC-H键长均为0.110nm0.110nm所有键角都为120°H1.理论解释：(1)杂化轨道理论解释2苯分子中的碳原子都是以sp杂化轨道成键的，故键角均为120°，所有原子均在同一平面上。未参与杂化的P轨道都垂直与碳环平面，彼此侧面重叠，形成一个封闭的共轭体系，由

3、于共轭效应使π电子高度离域，电子云完全平均化，故无单双键之分。苯中的P轨道P轨道的重叠(2)分子轨道理论解释分子轨道理论认为，分子中六个P轨道线形组合成六个π分子轨道，其中三个成键规定，三个反键轨道。在基态时，苯分子的六个π电子成对填入三个成键轨道，其能量比原子轨道低，所以苯分子稳定，体系能量较低。反键轨道E原子轨道成键轨道苯的分子轨道能级示意图三个节面ψ6ψ4ψ5二个节面Eψ2一个节面ψ3无节面ψ1苯的π电子分子轨道重叠情况苯分子的大π键是三个成键轨道叠加的结果，由于π电子都是离域的，所以碳碳键长完全相同。从氢化热看苯的稳定性_HH=120KJ/mol2_2HH=232KJ/mol2

4、_3H2H=208KJ/molH苯理=3x120=360KJ/molH苯实=208KJ/mol苯的稳定化能（离域能或共振能）=360-208=152KJ/mol2.苯的共振式和共振论的简介（1）．基本要点：a.当一个分子、离子或游离基按照理论可以写出两个以上经典结构式时，这些经典结构式构成了一个共振杂化体，共振杂化体接近实际分子。b.书写极限式时，必须严格遵守经典原子结构理论。原子核的相对位置不能改变，只允许电子排布上有所差别。OO-O-CCC-OO-OO--OOCH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3c.在所有极限式中，未共用的电子数必须相等。CH2CH=CH2CH2=CHCH

5、2CH2CHCH2一个未公用电子一个未公用电子三个未公用电子d.分子的稳定程度可用共振能表示。苯的共振能为150.4KJ/mol（2）．共振论解释苯的结构++--最重要的贡献结构最不重要的贡献结构二、实验1实验目的1、明确稳定化能的概念。了解怎样采用实验方法和理论计算得到苯分子稳定化能的数据。2、用氧弹量热计测定苯、环己烷、环己烯的恒容燃烧热，从所得数据计算苯分子的稳定化能。3、采用量子化学方法，使用GAUSS软件计算苯分子的稳定化能，并与实验值相对比。2实验原理燃烧热是指1moL物质与氧进行完全氧化反应得热效应。如果是在恒容条件下测得的燃烧热，称为恒容燃烧热，用符号Qv,m表示。同理

6、，若是在恒压条件下测得的燃烧热则称为恒压燃烧热，用Qp,m表示。若把参加反应的气体和反应生成的气体近似为理想气体，则有反应式：Qp,m=Qv,m+(△n)RT=△H测量化学反应热的仪器称为量热计。本实验采用氧氮式量热计测量环己烷，环己烯以及苯和胶囊的恒容燃烧热，进而求得恒压燃烧热。m∣Qv,m∣+∣Q丝∣=W水△T环己烷和环己烯的生成热之差可视为双键的生成热。如果苯环有3个双键，苯和环己烷的生成热之差应该是双键生成热的3倍。实际上，苯的能量却低于由3个双键所预期的值。3∣△E∣<∣△H环己烷∣－∣△H苯∣这是因为苯分子是一个典型的共轭分子，其P电子轨道互相重叠，形成离域大π键。这种离域

7、大π键体系的能量比对应的经典结构式所表达的普通双键体系的能量低，其差额称为共振能，即稳定化能。实际上，从燃烧热的数据可以估算苯的稳定化能。环己烷和环己烯燃烧热焓△H之差△E，与环己烯上的孤对双键结构相关，即：∣△E∣＝∣△H环己烷∣－∣△H环己烯∣这是由于苯分子的共轭结构使其能量低于3个孤对双键的能量，实验证明，此差额正是苯分子的稳定化能E，即：E＝（∣△H环己烷∣－∣△H苯∣）－3（∣△H环己烷∣－∣△H环己烯∣）综上所述：E=3∣QV,环己