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化学反应焓变的量子化学理论计算实验报告.doc

化学反应焓变的量子化学理论计算实验报告

班级＿＿＿＿实验组别＿＿＿＿姓名＿＿＿＿日期＿＿＿＿

一、基本数据：

1.原子单位Hartree与kJ·mol-1: 1 Hartree＝2625.5 kJ·mol-1

2.零点振动能ZPE(kJ·mol-1): H2 BH BH+

24.8 13.4 15.0

3.实验标准生成焓: B B- BH BH+ H H+

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

4.氢原子的精确能量(温度T=0Ｋ)：E＝-0.5 Hartree

5.气态氢离子(质子)在298Ｋ时的总能量(T＝298Ｋ)：ET＝(3/2)RT＋RT

二、基本计算公式：

1.理想气体气态分子在298Ｋ时的总能量:

ET＝E＋(n/2)RT＋ZPE＋Evib＋Δ(pV) (A)

式(A)中：E为量子化学计算[QCISD(T)]所得的分子在绝对零度时的能量；

(n/2)RT为分子在温度为T(K)时的平动能和转动能, 单原子分子的n=3, 线形分子的n=5, 非线形分子n=6；

ZPE为零点振动能(数值见已知基本数据)；

Evib为热激发能，在本实验中各分子的这部分能量可以忽略不计；

Δ(pV)为分子在298K时固体气化的体积膨胀能量Δ(pV)≈RT≈2.48 kJ·mol-1 (设压力为100 kPa的标准状态)，R＝8.31451 J·K-1·mol-1。

2.反应的实验焓变ΔrHθm：

ΔrHθm＝Σ(vi·ΔfHθm,i)生成物 -Σ(|vi|·ΔfHθm,i)反应物 (B1)

3.反应的理论焓变ΔrHθm：

ΔrHθm(理论)＝Σ(vi·ET,i)生成物 -Σ(|vi|·ET,i)反应物 (B2)

三、数据纪录

从DELTH.OUT文件中读取量子化学QCISD(T)/6-311+G(3df,2p)计算所得的分子能量(Hartree)：

E(H2)=

E(B)=

E(B-)=

E(BH)=

E(BH+)=

四、数据处理：

1.按(A)式计算出反应:

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时的量子化学总能量(单位Hartree，列出算式, 精至小数后第五位).

(提示：为方便计算，可先在草稿上计算出ZPE及(n/2)RT＋RT以Hartree为单位的数值.)

ET(H2)=

ET(B)=

ET(BH)=

ET(H)=

ET(BH+)=

ET(B-)=

ET(H+)=

2.按(B2)式, 计算反应(1)至(5)的理论焓变(kJ·mol-1, 列出算式, 精至小数后第一位):

ΔrHθm (1)＝

ΔrHθm (2)＝ BH的键能＝

ΔrHθm (3)＝ BH的电离能＝

ΔrHθm (4)＝ B的电子亲合能＝

ΔrHθm (5)＝ B的质子亲和能＝

3.分别通过反应(3)、(5)预测BH+的标准生成焓ΔfHθm,298 (kJ·mol-1, 列式, 精至小数后第一位):

ΔfHθm,298(3)＝

ΔfHθm,298(5)＝

平均值(kJ·mol-1): ΔfHθm,298＝

4.按(B1)式计算反应(1)、(2)、(4)的实验焓变(kJ·mol-1, 列式, 精至小数后第一位):

ΔrHθm (1)＝

ΔrHθm (2)＝

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