实验计算苯的键长
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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：
1.理论解释：
(1) 杂化轨道理论解释
苯分子中的碳原子都是以sp2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。
(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 。
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
苯的稳定化能（离域能或共振能）=360-208=152KJ/mol
2.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。
c.在所有极限式中，未共用的电子数必须相等。
d.分子的稳定程度可用共振能表示。苯的共振能为150.4 KJ/mol
（2）．共振论解释苯的结构
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，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,环己烯∣-2∣Qv,环己烷∣-∣Qv,苯∣
本实验先测定量热计的热容，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。
3 实验仪器和药品
①仪器：氧弹量热计，压片机，精密温差仪、分析天平、计算机、量化软件GAUSS03及视图软件GAUSSVIEW
②药品：苯、环己烷、环己烯、苯甲酸、药用胶囊
4 实验内容
4.1、测定量热计的热容
用压片机将约1g的量热基准物质苯甲酸压成片状，用分析天平准确称量后，置于燃烧杯中。剪取14cm长的点火丝，将其中部绕成1cm长的螺旋线，两端系于点火电极上，并使螺旋线紧贴在样品片上。然后装进氧弹中，拧紧盖子并充入氧气后，置于量热计中，按量热计的操作步骤测定其燃烧后的温度升高值。
4.2、测定试样的燃烧热
选取一个密封良好的药用胶囊，在分析天平上称其质量后，用滴管小心滴入苯至其容积的4/5（约0.4g），套好胶囊，再用分析天平称出苯的质量。
将装好试样的胶囊置于燃烧杯中，接上点火丝并用胶带使其螺旋线状紧贴在胶囊上，记录胶带长度，然后点火，测其燃烧热。扣除胶囊，胶带后的热值后即为苯的燃烧热。
同法测定环己烷和环己烯的燃烧热。
4.3、测定胶囊、胶带的燃烧热
称取10个胶囊，截取10倍长度(前面记录值)的胶带，*点火丝（记录长度）后置于燃烧杯中，同上法测定胶囊，胶带的燃烧热（10倍）。
5 实验结果和讨论
5.1、实验数据记录
物质
苯甲酸环己烯苯环己烷十个胶囊
点火前15.7016.3816.3416.4517.00
15.7516.3816.3916.5016.65
15.7816.3716.4016.4916.71
15.7916.3616.4116.4916.72
15.8016.3516.4116.4916.72
点火后15.8016.3416.4116.4916.72
16.2116.4716.9616.9217.06
16.8816.9117.4317.4817.53
17.3117.4217.7017.7617.80
17.5717.6917.8417.9017.95
17.7317.8317.9317.9918.05
17.8217.9117.9818.0418.11
17.17.9618.0118.0818.15
17.9317.9918.0318.1018.18
17.9618.0218.0518.1118.20
17.9818.0318.0618.1318.22
17.9918.0418.0618.1318.23
17.9918.0518.0618.1318.24
稳定后18.0018.0618.0718.1318.24
18.0018.0618.0718.1418.24
18.0018.0618.0718.1418.24
18.0018.0618.0718.1418.24
17.9918.0618.0718.1418.24
环己烯： MP2=-233.82055
环己烷： MP2=-235.0110456
苯： MP2=-231.4871881
十个胶囊：M=1.027g 十根燃烧丝：M=0.137g
②环己烷：燃烧丝：0.013g 胶囊：0.099g 胶囊+环己烷：0.500g
③苯： 燃烧丝：0.014g 胶囊：0.099g 胶囊+苯：0.544g
④环己烯：燃烧丝：0.012g 胶囊：0.102g 胶囊+环己烯：0.512g
⑤苯甲酸：燃烧丝：0.008g 苯甲酸+燃烧丝：1.009g
精密温差仪的校订
项目
温度T1T2ΔTT平均
①十个胶囊16.7218.241.5317.49
②环己烷16.4918.131.5817.28
③苯16.7418.061.6517.24
④环己烯16.3418.061.8017.24
⑤苯甲酸15.8018.002.1916.90
Qv,苯甲酸=-26.046kJ/mol.g Q丝=1.4kJ/mol.g
水当量：m苯甲酸*|Qv,苯甲酸|+|Q丝|m丝=W水ΔT苯甲酸 得：W水 =12.017kJ/mol
10*|Qv,胶囊|+|Q丝|m丝=W水ΔT十个胶囊 得：Qv,胶囊=-1.819kJ/mol
m苯/M苯*|Qv,苯|+|Q丝|m丝+|Qv,胶囊|=W水ΔT苯 得：Qv,苯=-2514.65 kJ/mol
m环己烯/M环己烯*|Qv,环己烯|+|Q丝|m丝+|Qv,胶囊|=W水ΔT环己烯 得：Qv,环己烯=-3097.78kJ/mol
m环己烷/M环己烷*|Qv,环己烷|+|Q丝|m丝+|Qv,胶囊|=W水ΔT环己烷 得：Qv,环己烷=-2808.17kJ/mol
Qp苯=Qv,苯+n苯RT=-2521.kJ/mol
同理：Qp,环己烯=-3109.85kJ/mol Qp,环己烷=-2815.41kJ/mol
E=(|△H环己烷|-|△H苯|)-3(|△H环己烷|-|△H环己烯|)=(|Qp,环己烷|-|Qp苯|)-3(|Qp,环己烷|-|Qp,环己烯|)=136.82kJ/mol
实验误差：Er=(E理论值-E测量值)/E理论值=(152kJ/mol-136.82kJ/mol)/152kJ/mol×100%=9.98%
三、实验心得（或误差分析）
通过本次实验，我加深了对稳定化能和共轭分子结构的理解，以及重新熟悉了对GUASS软件的使用。实验中了多次使用了氧弹式量热计。经过这次的实验我更加熟悉了论文的写作资料的查找，文献的查阅，为进一步学习打下基础。
通过本实验我也进一步锻炼了动手能力，增强了实验技能。尤其重要的是自己对有机实验产生了浓厚的兴趣，体会到做好一个实验的艰辛，将平时实验中学到的知识应用到实践中去，体会到做好一个实验确实不是一件容易的事，一定要细心，认真！要有一丝不苟的态度，还要有足够的自信心，和良好的实验技能！
总之，化学需要严谨的科学态度，在学习化学过程中，步步谨慎，才可获得满意的结果。
希望对您有所帮助，望采纳谢谢！！！
