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1、苯分子共振能的测定一、 实验目的 1、明确共振能的概念,了解怎样用实验方法求苯分子的共振能。2、掌握挥发性液体样品燃烧焓测定的原理和方法。3、用已知燃烧热值的苯甲酸标定恒容量热计的热容量，再用这个量热计测定液体的燃烧热。4、用氧弹量热计测定苯、环己烯、环已烷的恒容燃烧热，从所得数据计算苯分子的共振能。二、 实验原理离域大键物质的能量比对应的经典结构式所表达的普通单双键物质的能量要低, 其差值称为共振能(现在也称为离域能)。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
2、, 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E 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: 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 。但实验证明: 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=()-3()故可以
3、通过测定这三种物质的燃烧热数据求出苯的共振能。本实验首先测定氧弹量热计的热容,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。将已知燃烧热的定量的苯甲酸放在量热计的氧弹中燃烧，反应热为介质水和量热计吸收。在量热计与环境没有热交换的情况下，热平衡关系式为： 式中：Q-物质的恒容燃烧热（J）；a燃烧物质的重量（g）;q-引火线的燃烧热（J或J）；b燃烧了的引火丝的重量（g）或长度（cm）；5.98空气中的氮氧化为硝酸的生成热为-5.98J，当用0.1000mol/L的NaOH滴定生成的硝酸时，每m
4、l碱相当于-5.98J-滴定硝酸耗用NaOH的体积（ml）数；W水重（g）；c-水的比热（JK）；K氧弹、水桶、贝克曼温度计、搅拌器的热容(JK);-燃烧反应前后的真实温差。如在实验过程中，每次的用水量保持一定，把中的常数合并，即令：C=(W+K)则：（a）+C=0 由上式即可求得量热计和介质水的热容C。用同样的方法把待测物质置于氧弹中燃烧，由温度的升高和仪器的热容，即或测定待测物的恒容燃烧热Q,从而计算恒压燃烧热Q。三、 实验仪器和药品实验仪器：氧弹量热计, 压片机, 分析天平, 计算机(配带软件)，小烧杯3个，储氧钢瓶。药品：苯，环己烯, 环己烷(均为A. R) , 苯甲酸(A. R) ,
5、 药用胶囊，引火丝。四、 实验步骤（一）、测定弹式量热计的热容（1）装样 在台秤上称取称苯甲酸1.00.1g, 在已擦干净的压片机上压片, 并在分析天平上精确称重后置于氧弹的燃烧杯中。 剪取约15 cm 长的点火丝, 将其中部在大头针上绕78圈使成螺线管形，然后接于氧弹盖上的两根点火极上，并使螺线管部分紧贴于样品上。（2）充氧 小心旋转氧弹和放气阀，把充气阀接上氧弹钢瓶的导气管，首先反时针旋松氧气表的减压阀、再打开氧气钢瓶的阀门，然后顺时针旋紧减压阀（顺时针旋动为开，反时针为关），使减压阀的压力逐渐增大至20kg/cm2,1min后，关闭钢瓶阀门，旋松减压阀。旋松，取下充气阀上的导气管，装上原
6、来的螺旋塞。（3）测量 放入量热计中，设置参数，测量。（二）、胶囊燃烧热的测定将胶囊和苯甲酸混合压片测其燃烧热,扣除掉苯甲酸的燃烧热就可得出胶囊的燃烧热)。（三）、测定试样的燃烧热选取个密封良好的药用胶囊,在天平上称其质量,打开胶囊,用滴管小心的滴入苯,尽量使试样充满,再套好胶囊称其质量,扣除胶囊质量即得苯的质量。将装好苯的胶囊置于燃烧匙中,接上点火丝,此时最好将点火丝紧贴在胶囊上以保证点火成功,然后充入氧气,测其燃烧热,扣除胶囊的燃烧热后即为苯的燃烧热。同样方法测定环己烷和环己烯的燃烧热,各做三次取其平均值。五、原始数据记录1号量热计（实验日期：2010年4月25日）1、仪器热容量的测定(苯
7、甲酸)称取苯甲酸的质量：1.0205g 苯甲酸的燃烧热：-26460J/g铁丝原长：15cm 铁丝剩余：4.7cm铁丝的燃烧热：-2.8J/cm2、胶囊燃烧热的测定实验次数胶囊+苯甲酸质量胶囊质量铁丝原长铁丝剩余1次0.4815g0.1108 g15cm1.40cm2次0.4931g0.1108 g15cm2.42cm3次0.5120g0.1108 g15cm3.40cm附：苯甲酸的燃烧热：-26460J/g 铁丝的燃烧热：-2.8J/cm3、环己烷燃烧热的测定实验次数胶囊+环己烷的质量胶囊质量铁丝原长铁丝剩余1次0.5621g0.1108 g15cm4.0cm2次0.5927g0.1108
8、g15cm4.2cm附：苯甲酸的燃烧热：-26460J/g 铁丝的燃烧热：-2.8J/cm第三次实验数据舍弃。4、环己烯燃烧热的测定【2号量热计 实验日期：2010年4月25日】1 、仪器热容量的测定(苯甲酸)称取苯甲酸的质量：1.0857g 苯甲酸的燃烧热：-26460J/g铁丝原长：15cm 铁丝剩余：3.7cm铁丝的燃烧热：-2.8J/cm2、环己烯燃烧热的测定实验次数胶囊+环己烯的质量胶囊质量铁丝原长铁丝剩余1次0.5910g0.1108 g15cm3.3cm2次0.5504g0.1108 g15cm2.9cm3次0.6092g0.1108 g15cm4.5cm5、苯燃烧热的测定 （1
9、号热量计 实验日期：2010年4月30日）测定对象称取质量胶囊质量铁丝原长铁丝剩余苯甲酸0.9770 g15cm4.0cm5个胶囊0.4867 g0.09734 g15cm4.7 cm苯+胶囊0.5222 g0.09734 g15cm0.7 cm附：苯甲酸的燃烧热：-26460J/g 铁丝的燃烧热：-2.8J/cm五、 数据处理1、仪器热容量的测定(苯甲酸)做雷诺校正图得 t=2.6767677 K由公式（aQ+bq）+Ct=0(忽略空气中的氮氧化为硝酸的生成热，令C=（Wc+K）)Q-物质的恒容燃烧热（J/g）;a燃烧物质的重量（g）;q-引火线的燃烧热（J/g或J/cm）；b燃烧了的引火丝
10、的重量（g）或长度（cm）带入数据得： C=10098.35J/K2、胶囊燃烧热的测定第一次：胶+苯甲酸1 t = 1.1124579 K由公式（aQ+bq）+Ct=0得（mQ+nQ）+ bq+Ct=0 其中m为1个胶囊的质量，n苯甲酸的质量。m+n=0.4815g ； 带入数据得： Q=-12523.58J/g 第二次：胶+苯甲酸 2 t =1.1171717 K由第一次同理得：Q=-10207.53J/g第三次：胶+苯甲酸3 t=1.1537037 K由上同理得：Q=-8708.22J/g综上所述胶囊的平均燃烧热为：Q=-10479.7767J/g3、环己烷燃烧热的测定第一次：t=2.15
11、1284由公式（aQ+bq）+Ct=0得Q=-41432.17222 J/g第二次： t=2.167668由公式（aQ+bq）+Ct=0得Q=-42951.79682 J/g综上，环己烷的平均燃烧热为：Q=-42191.98452 J/g4、环己烯燃烧热的测定仪器热容量的标定苯甲酸 T=2.5159932 K由公式（aQ+bq）+Ct=0(忽略空气中的氮氧化为硝酸的生成热，令C=（Wc+K）)带入数据得： C=11412.4056J/K环己烯燃烧热的测定第一次t=2.1226816 K由公式（aQ+bq）+Ct=0得Q =-47897.502J/g第二次：t=2.00694 K由公式（aQ+b
12、q）+Ct=0得Q =-49382.433J/g第三次：t=1.4785356 K由公式（aQ+bq）+Ct=0得Q =-31449.519J/g综上，环己烯的平均燃烧热为：Q=-42909.818 J/g5、苯燃烧热的测定 （1号热量计 实验日期：2010年4月30日）仪器热容量的标定苯甲酸 T=2.548822 K由公式（aQ+bq）+Ct=0(忽略空气中的氮氧化为硝酸的生成热，令C=（Wc+K）)带入数据得： C=10154.58121J/K苯燃烧热的测定 T=1.893939 K由公式（aQ+bq）+Ct=0得（mQ+nQ）+ bq+Ct=0 其中m为1个胶囊的质量，n苯的质量。 带入
13、数据得： Q=-41280.1334J/g 胶囊燃烧热的测定（第二种方法） T=0.817172 K由计算得 Q=-16990.34197J/g6、苯共振能的计算环己烷：由上述计算知Q=-42191.98452 J/g=-3550877.42J/molH=Q= Q+nRT=-3558.716KJ/mol环己烯：由上述计算知Q=-3525041.549J/molH=Q= Q+nRT=-3531.5742KJ/mol苯：H=Q= Q+nRT=-3228.38KJ/mol共振能E=（|H|-|H|）-3（|H|-|H|） =248.9092KJ/mol查阅文献值知E=87.86 KJ/mol误差计算：相对误差=|100=97.17六、 结果分析实验误差比较大，分析原因为：燃烧后铁丝的测量有误差；量热计里的水每次都是循环使用，导致后面的实验水温明显比实验前高；气温的影响，实验分两次做完，两天的气温相差很大；作雷诺校正曲线求T带来的误差很大。
