化學反應焓變的量子化學理論計算實驗報告.doc

化學反應焓變的量子化學理論計算實驗報告

班級＿＿＿＿實驗組別＿＿＿＿姓名＿＿＿＿日期＿＿＿＿

一、基本數據：

1.原子單位Hartree與kJ·mol-1: 1 Hartree＝2625.5 kJ·mol-1

2.零點振動能ZPE(kJ·mol-1): H2 BH BH+

24.8 13.4 15.0

3.實驗標準生成焓: B B- BH BH+ H H+

ΔfHθm,298(kJ·mol-1) 562.7 416 442.7 無 218.0 1530.0

4.氫原子的精確能量(溫度T=0Ｋ)：E＝-0.5 Hartree

5.氣態氫離子(質子)在298Ｋ時的總能量(T＝298Ｋ)：ET＝(3/2)RT＋RT

二、基本計算公式：

1.理想氣體氣態分子在298Ｋ時的總能量:

ET＝E＋(n/2)RT＋ZPE＋Evib＋Δ(pV) (A)

式(A)中：E為量子化學計算[QCISD(T)]所得的分子在絕對零度時的能量；

(n/2)RT為分子在溫度為T(K)時的平動能和轉動能, 單原子分子的n=3, 線形分子的n=5, 非線形分子n=6；

ZPE為零點振動能(數值見已知基本數據)；

Evib為熱激發能，在本實驗中各分子的這部分能量可以忽略不計；

Δ(pV)為分子在298K時固體氣化的體積膨脹能量Δ(pV)≈RT≈2.48 kJ·mol-1 (設壓力為100 kPa的標準狀態)，R＝8.31451 J·K-1·mol-1。

2.反應的實驗焓變ΔrHθm：

ΔrHθm＝Σ(vi·ΔfHθm,i)生成物 -Σ(|vi|·ΔfHθm,i)反應物 (B1)

3.反應的理論焓變ΔrHθm：

ΔrHθm(理論)＝Σ(vi·ET,i)生成物 -Σ(|vi|·ET,i)反應物 (B2)

三、數據紀錄

從DELTH.OUT文件中讀取量子化學QCISD(T)/6-311+G(3df,2p)計算所得的分子能量(Hartree)：

E(H2)=

E(B)=

E(B-)=

E(BH)=

E(BH+)=

四、數據處理：

1.按(A)式計算出反應:

H2 + 2B ＝ 2BH (1)

BH ＝ B + H (2)

BH ＝ BH+ + e (3)

B + e ＝ B- (4)

B + H+ ＝ BH+ (5)

中各分子在298K時的量子化學總能量(單位Hartree，列出算式, 精至小數后第五位).

(提示：為方便計算，可先在草稿上計算出ZPE及(n/2)RT＋RT以Hartree為單位的數值.)

ET(H2)=

ET(B)=

ET(BH)=

ET(H)=

ET(BH+)=

ET(B-)=

ET(H+)=

2.按(B2)式, 計算反應(1)至(5)的理論焓變(kJ·mol-1, 列出算式, 精至小數后第一位):

ΔrHθm (1)＝

ΔrHθm (2)＝ BH的鍵能＝

ΔrHθm (3)＝ BH的電離能＝

ΔrHθm (4)＝ B的電子親合能＝

ΔrHθm (5)＝ B的質子親和能＝

3.分別通過反應(3)、(5)預測BH+的標準生成焓ΔfHθm,298 (kJ·mol-1, 列式, 精至小數后第一位):

ΔfHθm,298(3)＝

ΔfHθm,298(5)＝

平均值(kJ·mol-1): ΔfHθm,298＝

4.按(B1)式計算反應(1)、(2)、(4)的實驗焓變(kJ·mol-1, 列式, 精至小數后第一位):

ΔrHθm (1)＝

ΔrHθm (2)＝

總結

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