苯共振能测定实验报告.docVIP

苯共振能的测定 一 摘要 共振能是结构化学和有机化学中的基本概念, 用来衡量一种共扼分子的稳定性, 其一般可以通过量子化学计算得到。本实验通过测定苯、环己烯和环己烷这三种物质的燃烧热, 利用燃烧热数据运用差值法估算苯的共振能为84. 2 KJ/ mol, 说明苯分子共轭后稳定性增强。 二、原理 1液体试样燃烧热的测定 燃烧热测定是物理化学的一个基础实验, 也是科研和工业测定的一个重要手段. 1摩尔物质B 完全氧化并生成稳定单质或化合物时的热效应称为物质的摩尔燃烧热. 而化学反应的热效应, 通常是指恒压条件下的热效应, 所以用氧弹量计测定物质的恒容燃烧热必须转变成恒压燃烧热. 一般燃烧热测定实验常用固体样品, 方法和操作比较简单, 容易成功, 也成为一个经典的物理化学实验, 而液体试样燃烧热的测定做的较少, 且操作麻烦, 较难成功. 固体试样燃烧热的测定是采用固体压片的方法。但对液体而言, 其流动性强, 不能采用压片的方法, 为克服此种困难, 采用了胶囊装取油水煤浆的方法。 而要正确测定挥发性液体样品的燃烧热, 关键的问题是要正确称取样品和使样品完全燃烧。挥发性液体样品的称取方法是, 取一只预先称好重量的玻璃小球直径约6mm , 用注射器将样品装进小球, 再在煤气灯上把小球的玻璃管口封死。玻璃小球在装样前后重量之差就是液体样品的重量。再取一片预先压好的带有点火丝的标准样品如苯甲酸 , 称重后系在氧弹的点火电极上, 将装好样品的玻璃小放在此样品片下面 , 充氧气后点火, 标准样品先燃烧, 放出的热使玻璃小球裂开, 此时液体样品被点燃, 并在氧气中完全燃烧。此时, 氧弹中样品燃烧放出的热量为固体标准样品、液体样品以及点火丝燃烧放热之总和。对于固体标准样品及点火丝的燃热是已知的, 所以很容易计算出液体样品的燃烧热。另外, 在计算样品的燃烧热时, 应考虑到玻璃球本身的热容量。 2.苯共振能的测定 苯分子是一个典型的共轭分子, 其P 电子轨道相互平行重叠, 形成离域大π键. 共振能E (或称离域能)可以用来衡量一种共轭分子的稳定性. 通过量子化学计算或实验方法, 可求得苯的共振能, 通过热化学方法求其分子共振能.苯、环己烯和环己烷三种分子都含有碳六元环, 环己烷和环己烯的燃烧热焓ΔcH 的差值ΔE 与环己烯上的孤立双键结构相关。对于苯 如果认为苯环是由三个双键构成 那么苯和环己烷的生成热之差应该是一个双键生成热的三倍 但实验证明 苯的能量低于由三个双键所预期的值。 其原因是苯分子的结构所决定的 现代化学认为苯分子是一个典型的共扼分子 其P 电子轨道互相重叠 形成离域大π 键 从而使其能量降低 其与经典结构式的能量差值 鲍林称为苯的共振能。苯的共振能可由量子化学计算得出 也可以通过燃烧热实验测量出。其原理如下： 苯、 环己烯和环已烷的燃烧反应方程式分别为 这三种分子均含有碳六元环 环己烷和环己烯的燃烧热AE 差值肯定与环己烯上的孤立双键结构有关 是一个双键与一个单键能量之差。即: |ΔE| = |ΔH环己烷燃烧热| -|ΔH环己烯燃烧热|。 若认为苯环是由三个相同的孤立双键构成 则环己烷与苯燃烧热之差就应该等于3|ΔE| 。 但实验证明: |ΔH环己烷燃烧热| -|ΔH苯燃烧热| 3|ΔE| 显然 这是因为共扼结构导致苯分子的能量降低 其差值正是苯分子的共振能E 即: E= ( |ΔH环己烷燃烧热| -|ΔH苯燃烧热|)-3( |ΔH环己烷燃烧热|-|ΔH环己烯燃烧热| )故可以通过测定这三种物质的燃烧热数据求出苯的共振能。 本实验首先测定弹式量热计的热容 可用基准物( 苯甲酸) 法 然后分别称取一定量苯、环己烯、 环己烷在弹式量热计燃烧 测量体系燃烧后温度升高值 计算各物质的燃烧热 进而计算出苯的共振能。 三、实验部分 1 环己烯的合成 1.1实验药品。环己醇、浓硫酸、浓磷酸、对甲基苯磺酸、食盐、无水氯化钙、5％碳酸钠水溶液 1.2环己烯的制备 在 100 mL 干燥圆底烧瓶中加入40ml环己醇一定量的浓硫酸约3.2ml（浓磷酸或对甲基苯磺酸）和几粒沸石混匀安装带有分馏柱的蒸馏装置和温度计并用小烧瓶作接受器并置于冰水浴中调节石棉网和电炉缓缓加热混合物至沸腾控制分馏柱顶部馏出温度不超过90 慢慢蒸出生成的环己烯和水的混浊液体至烧瓶中仅剩下少量残液并开始变黑冒白烟顶部温度开始下降时停止加热全部过程30~50min将馏出液用 1.0 g 精盐饱和然后加入1~2mL 饱和5%Na2CO3 溶液中和微量酸摇动后转入分液漏斗中振摇后静置分层放出下部水层上层粗产品用2~3 g 无水CaCl2 干燥至清亮透明后再转入50 mL 蒸馏瓶中加入沸石在水浴上进行蒸馏，收集82~86 的馏分于已称量的小锥形瓶中。测量产品的折光率。 1.3数据处理及结果讨论 本次