锂在[Mn~2O~4]中的电化学嵌入反应I.热力学性质

锂嵌入[Mn~2O~4]晶格形成嵌合物Li~xMn~2O~4。通过对不同温度(20~45℃)下的Li/Li~xMn~2O~4电池的库仑滴定曲线[EmF(x)]的测定, 可以求得该嵌入过程的嵌入熵、焓和自由能等热力学函数。在x<1.5时, 表现为很高的偏摩尔自由能, 在x=1/2和x=1时, 嵌入熵和焓表现为不连续性。热力学函数值与Li~xMn~2O~4的晶体结构关联。     

锂在[Mn_2O_4]中的电化学嵌入反应 Ⅰ.热力学性质

锂嵌入[Mn_2O_4]晶格形成嵌合物Li_xMn_2O_4.通过对不同温度(20～45℃)下的Li/Li_xMn_2O_4电池的库仑滴定曲线[EMF(x)]的测定,可以求得该嵌入过程的嵌入熵、焓和自由能等热力学函数.在x<1.5时,表现为很高的偏摩尔自由能,在x=1/2和x=1时,嵌入熵和焓表现为不连续性.热力学函数值与Li_xMn_2O_4的晶体结构关联.     

萘由水到水-叔丁醇混合溶剂的迁移热力学函数

通过溶解度法研究了萘从水到水-叔丁醇(TBA)混合溶剂中的标准迁移热力学性质.结果表明, 标准迁移自由能随叔丁醇摩尔分数x(TBA)的增加表现出复杂的下降趋势.标准迁移熵和标准迁移焓呈现双峰变化.迁移熵和迁移焓的双峰变化, 表明系列H2O-TBA混合溶剂的微观结构经历了从相对的有序到无序到再有序、再无序、再有序的变化过程；H2O-TBA混合溶剂中除了在富水区存在着笼合物特殊结构外, 在x(TBA) 约为0.08处还存在着一相对有序的结构.     

硼酸盐水溶液热力学研究: 4.离子对[CaB(OH)~4]^+标准缔合 常数的确定

在温度为278.15-318.15K范围内测定了含有不同Li~2B~4O~7和CaCl~2浓度测试液的无液接电池:Pt,H~2(101.325kPa)|Li~2B~4O~7(m~1),CaCl~2(m~2)|AgCl-Ag的电动势E(V)。在Pitzer电解质溶液理论基础上,用线性外推法确定离子对[CaB(OH)~4]^+的标准缔合常数K~d,并得到K~d随温度T变化的经验公式:pK~d=0.6857-359.72/T-4.632×10^-^3T。同时计算得到了离子对缔合过程的热力学函数,指出形成该离子对的推动力是缔合熵。     

焓-熵补偿的热力学解释

采用热力学方法考察了相变过程、化学反应以及其它相关过程中可能存在的焓．熵补偿。补偿效应可以简单地分为两种类型——温度扰动引起的补偿和其它参数引起的补偿。温度扰动引起的补偿方程如下：△H（T2）=△Cp/△CT1△S（T2）＋[△H（T1）-△Cp/△CT1△S（T1）]其它参数引起的补偿方程具有相同的形式：△H=T△S-△V/β讨论了补偿温度、多参数扰动及补偿效应成立的条件。结果表明,焓变和熵变存在着热力学上的固有联系,其是否表现出线性补偿关系则与体系的细致过程有关。     

用恒温热重法测定1-己基-3-甲基咪唑苏氨酸离子液体[C6mim][Thr]蒸汽压和蒸发焓

用中和法合成了氨基酸离子液体(AAIL)1-己基-3-甲基苏氨酸盐[C₆mim][Thr],并用核磁共振氢谱(¹H NMR)和核磁共振碳谱(¹³C NMR)进行了表征。以苯甲酸为参考物质,用恒温热重法确定了AAIL[C₆mim][Thr]的蒸汽压和在平均温度下(T_av= 438.15 K)的蒸发焓(Δ^g_lH_m^? (T_av) =128.5 ± 6.0 kJ·mol^-1)。利用Verevkin等人提出的方法计算得到AAIL[C₆mim][Thr]气态和液态的恒压热容差(Δ^g_lC_pm^? = -70.8 J·K^-1·mol^-1),进而计算了不同温度的蒸发焓,其中参考温度(298.15 K)下的蒸发焓Δ^g_lH_m^? (298.15 K) = 138.4 kJ·mol^-1,只比应用我们提出的蒸发焓理论模型估算值大1.6 kJ·mol^-1,小于恒温热重法的实验误差3.0 kJ·mol^-1,说明这个蒸发焓的理论模型有一定的合理性。借助Clausius-Clapeyron方程估算了AAIL[C₆mim][Thr]的假想的正常沸点T_b= 522.07 K,以及沸点的蒸发熵Δ^g_lS_m^? (T_b) = 228.5 J·K^-1·mol^-1,进一步得到了不同温度的蒸发熵和蒸发自由能Δ^g_lG_m^? (T),其结果表明蒸发自由能随着温度的上升而减小,达到沸点温度T_b时变为零,而蒸发熵则随着温度上升而增大,是AAIL[C₆mim][Thr]蒸发过程的驱动力。     

含能配合物M（BTA）（phen）m·nH2O生成反应的热动力学

合成了6种固态含能配合物M（BTA）（phen）m·nH2O（M=Mn,Co,Ni,Zn,m=2,n=5;M=Cu,m=2,n=1;M=Pb,m=1,n=1;BTA=N,N′-二四唑胺,phen=1,10-菲咯啉）,并对它们进行了表征.用RD 496-CK2000型微热量计测定了298.15 K下各配合物的液相生成反应焓ΔrHmθ;改变反应温度,在实验和计算基础上,得到了液相生成反应的热力学参数（活化焓、活化熵和活化自由能）,速率常数和动力学参数（表现活化能、频率因子和反应级数）.     

含能配合物M（BTA）（phen）m&#183;nH2O生成反应的热动力学

合成了6种固态含能配合物M（BTA）（phen）m&#183;nH2O（M=Mn,Co,Ni,Zn,m=2,n=5;M=Cu,m=2,n=1;M=Pb,m=1,n=1;BTA=N,N′-二四唑胺,phen=1,10-菲咯啉）,并对它们进行了表征.用RD 496-CK2000型微热量计测定了298.15 K下各配合物的液相生成反应焓ΔrHmθ;改变反应温度,在实验和计算基础上,得到了液相生成反应的热力学参数（活化焓、活化熵和活化自由能）,速率常数和动力学参数（表现活化能、频率因子和反应级数）.     

金属离子与卟啉的嵌入反应动力学研究 IV.Cu(Ⅱ)T_(β-N-EAES)PyP~(4+)生成反应中的动力学盐效应

在不同离子强度的高氯酸钠水溶液中,用分光光度法测量自由卟啉H_2T_(β-N-EAES)PyPBr_4(简记为H_2P~(4+))与Gu(Ⅱ)离子的配位反应动力学,探讨高氯酸钠对Cu(Ⅱ)离子嵌入自由卟啉反应的催化本质.在给定条件下,高氯酸根与自由卟啉的缔合数n为1;缔合平衡常数K_0=3.70±0.42dm~3.mol~(-1).配位反应实验动力学方程为d[Cu(Ⅱ)P~(4+)]/dt=5.55×10~5γCu~2+γH_2P~4+γ(3)[ClO_4~-]~3[Cu~(2+)][H_2P]_总/(1.00+10~(2.02{H+}+10~(4.36{H~+}~2)、反应的活化能E=53.30kJ·mol~(-1),活化焓变△H~ =50.31kJ·mol~(-1),活化熵变△S~ =-77.65J·mol~(-1)·K~(-1).提出了金属卟啉生成反应中的ClO_4~-催化卟啉环变形的反应机理.     

金属离子与卟啉的嵌入反应动力学研究 4: Cu(II)Tβ-N-EAESPyP^4^+生成反应中的动力学盐效应

在不同离子强度的高氯酸钠水溶液中, 用分光光度法测量自由卟啉H2Ts-n-EAESPyPBr4(简记为H2P^4^+)与Cu(II)离子的配位反应动力学, 探讨高氯酸钠对Cu(II)离子嵌入自由卟啉反应的催化本质。在给定条件下, 高氯酸根与自由卟啉的缔合数n为1; 缔合平衡常数Ko=3.70±0.42dm^3.mol^-^1。配位反应实验动力学方程为d[Cu(II)P^4^+/dt=5.55×10^5γCu^2^+γH2P^4^+γ^8ClO4^-[ClO4^-]^3[Cu^2^+][H2P]总/(1.00+10^2^.^0^2{H^+}+10^4^.^3^6{H^+}^2, 反应的活化能E=53.30kJ.mol^-^1,活化焓变△H≠=50.31kJ.mol^-^1, 活化熵变△S≠=-77.65J.mol^-^1.K^-^1。提出了金属卟啉生成反应中的ClO4^-催化卟啉环变形的反应机理。     

金属离子与卟啉的嵌入反应动力学研究 4: Cu(II)Tβ-N-EAESPyP^4^+生成反应中的动力学盐效应

在不同离子强度的高氯酸钠水溶液中, 用分光光度法测量自由卟啉H2Ts-n-EAESPyPBr4(简记为H2P^4^+)与Cu(II)离子的配位反应动力学, 探讨高氯酸钠对Cu(II)离子嵌入自由卟啉反应的催化本质。在给定条件下, 高氯酸根与自由卟啉的缔合数n为1; 缔合平衡常数Ko=3.70±0.42dm^3.mol^-^1。配位反应实验动力学方程为d[Cu(II)P^4^+/dt=5.55×10^5γCu^2^+γH2P^4^+γ^8ClO4^-[ClO4^-]^3[Cu^2^+][H2P]总/(1.00+10^2^.^0^2{H^+}+10^4^.^3^6{H^+}^2, 反应的活化能E=53.30kJ.mol^-^1,活化焓变△H≠=50.31kJ.mol^-^1, 活化熵变△S≠=-77.65J.mol^-^1.K^-^1。提出了金属卟啉生成反应中的ClO4^-催化卟啉环变形的反应机理。     

钼过氧配合物与HSO 在酸性溶液中的反应动力学和机理

用载流法研究了Mo~4O~12(O~2) [简作Mo~4(O~2)~2] 与HSO 在酸性条件(4×10^-3～0.5mol·dm^-3)下的反应动力学,并提出了反应机理.反应经历下列历程:Mo~4(O~2)~2+H~2O Mo~4(O~2)(OOH)(k~1,k~-1) Mo~4(O~2)(OOH)+HSO Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O(k~2,k~-2) Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O Mo~4(O~2)+H~2SO~4(k~1,k~-1)中间产物Mo~4(O~2)再以相同机理继续与HSO 反应.由机理,得到了[S(IV)/k~观察与[H^+],[S(IV)]之间的线性关系式以及20℃时的动力学参数:K~1=7.4±0.3dm^3·mol^-1·S^-1,k~-1/k~2=(5.8±0.5)×10^-2和k~-2/k~3=(1.4×0.8)×10^-4.配合物Mo~4(O~2)~2中(O~2)基质子化是决定反应速度的关键步骤.用此机理讨论了Thompson研究的 MoO(O~2)~2与HSO 的反应结果.     

钼过氧配合物与HSO 在酸性溶液中的反应动力学和机理

用载流法研究了Mo~4O~12(O~2) [简作Mo~4(O~2)~2] 与HSO 在酸性条件(4×10^-3～0.5mol·dm^-3)下的反应动力学,并提出了反应机理.反应经历下列历程:Mo~4(O~2)~2+H~2O Mo~4(O~2)(OOH)(k~1,k~-1) Mo~4(O~2)(OOH)+HSO Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O(k~2,k~-2) Mo~4(O~2)OOSO~2+H~2O Mo~4(O~2)+H~2SO~4(k~1,k~-1)中间产物Mo~4(O~2)再以相同机理继续与HSO 反应.由机理,得到了[S(IV)/k~观察与[H^+],[S(IV)]之间的线性关系式以及20℃时的动力学参数:K~1=7.4±0.3dm^3·mol^-1·S^-1,k~-1/k~2=(5.8±0.5)×10^-2和k~-2/k~3=(1.4×0.8)×10^-4.配合物Mo~4(O~2)~2中(O~2)基质子化是决定反应速度的关键步骤.用此机理讨论了Thompson研究的 MoO(O~2)~2与HSO 的反应结果.     

热力学过剩函数与相图计算

一、引言热力学过剩函数的定义可以写成Y~E=Y~R-Y~I(1)式中Y~R和Y~I分别为实际溶液和同一组成假想为理想溶液的某热力学性质,可以是Gibbs自由能G、熵S、焓H和体积V等.这个定义也适用于溶液中各组元的偏摩尔热力学性质,容易证明,溶液中组元i的偏摩尔过剩函数与活度系数γ_i之间的关系如下,     

立方体纳米Cu2O表面热力学函数的粒度及温度效应

液相还原法合成了4种粒度在40-120 nm的立方体纳米氧化亚铜（Cu₂O）。利用X射线衍射仪（XRD）、显微拉曼光谱仪和场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）对纳米Cu₂O的物相组成及形貌结构进行了表征。采用原位微热量技术实时获取纳米/块体Cu₂O与HNO₃反应过程的热动力学信息,结合热化学循环及动力学过渡态理论计算得到纳米Cu₂O的表面热力学函数。在薛永强等建立的无内孔球形纳米颗粒的热力学模型基础上,发展了立方体纳米颗粒的热力学模型。最后由理论结合实验结果分析了粒度和温度对表面热力学函数的影响规律及原因。结果表明,摩尔表面Gibbs自由能、摩尔表面焓和摩尔表面熵均随粒度减小而增大,且与粒度的倒数呈线性关系,这与立方体热力学模型规律一致;随着温度的升高,摩尔表面焓和摩尔表面熵均增大,摩尔表面Gibbs自由能则减小。本文不仅丰富和发展了纳米热力学基本理论,还为纳米材料表面热力学研究及应用提供了方法和思路。     

在i-PrOH-H2O混合溶剂中硫酸镁离子对缔合热力学研究

50年代,Nair等利用电动势法研究了硫酸镁离子对缔合过程的热力学量,Chand等也对水溶液中硫酸镁离子对的性质做过研究,宋彭生和孙柏对硼酸镁和硼酸钙离子对做了研究,目前,还没有人研究有机溶剂对[MgSO4]^0离子对标准缔合常数Kb的影响,本文在278.15-318.15K温度范围内,测定了无液接电池（A）,（B）的电动热E：Pt,H2(101.325kPa)|(HCl(m1),H2SO4(m2),i-PrOH(x),H2O(1-x)|AgCl-Ag(A) Pt,H2(101.325kPa)|(HCl(m1),MgSO4(m2),i-PrOH(x),H2O(1-x)|AgCl-Ag(B)其中,mi为物质i的质量摩尔浓度,x表示异丙醇i-PrOH在混合溶剂中的摩尔分数,保持x=0.05。利用电池A的电动势,在Debye-Hueckel理论基础上,确定了H2SO4在混合溶剂中的二级标准解离常数K2;利用电池B的电动势,确定了[MgSO4]^0离子在对沸合溶剂中的标准缔合常数KD,根据实验结果计算了离子缔合熵和焓,讨论了异丙醇对KD的影响,指出离子缔合熵是形成离子对的推动力。     

聚(N-甲基-N-对乙烯基苄基乙酰胺)对水中苯酚的吸附

由大孔交联氯甲基化聚苯乙烯进行甲胺化和乙酰化反应,合成了聚(N-甲基-N-对乙烯基苄基乙酰胺)树脂,树脂的氯含量由原来的3.95mmol/g降至0.63mmol/g.测定了树脂对水中苯酚的吸附等温线,结果表明,吸附平衡数据符合Freundlich等温方程.利用热力学函数关系计算了吸附焓、吸附自由能和吸附熵,结果表明,吸附量在10～40mg/g时,吸附焓为-71.20～-24.65kJ/mol,吸附自由能为-4.64～-6.07kJ/mol,吸附熵为-62.35～-218.56J/(mol·K).讨论了吸附过程中树脂对水中苯酚吸附的氢键与疏水作用的吸附机理.     

五氧化二氮和水反应的从头算研究

在臭氧空洞形成过程中,极地云是一个重要的条件。为了理解极地云的形成和性质,采用不同水平的从头计算方法对N~2O~5+H~2O→2HNO~3反应进行了理论研究。在QCISD(T)//MP2/6-311G(d,p)理论水平上,该气相反应的焓变△H^0=-39.5kJ·mol^-^1,自由能变化△G^0=-36.1kJ/mol,活化能E~a=88.2kJ·mol^-^1(298K)。计算的结果与五氧化二氮易潮解的性质相符。     

trans-[(en)~2(NO~2)Co(O~2CC~5H~5N)]^2^+/Fe(Ⅱ)间电子转移反应动力学及机理研究

合成了新型Co(Ⅲ)配合物trans-[(en)~2(NO~2)Co(O~2CC~5H~5N)](ClO~4)~2, 并通过紫外可见光谱、红外光谱、元素分析和X射线单晶衍射分析进行了表征。同时分别以[Fe(CN)~6]^4^-和[Fe(CN)~5(H~2O)]^3^-作为还原剂, 考察了该配合物被还原的反应动力学行为。结果表明两反应体系分别按外配位界机理和内配位界机理进行电子传递。在25℃, Ⅰ=0.5mol·L^-^1,trans-[(en)~2(NO~2)Co(O~2CC~5H~5N)]^2^+/[Fe(CN)~6]^4^-反应体系的前驱配合物离子对形成常数Q~i~p=29mol^-^1·L, 电子转移速率常数k~e~t=2.4×10^-^4s^-^1,电子转移过程的活化焓△H^≠~e~t和活化熵△S^≠~e~t分别为1.2×10^2kJ·mol^-^1和5.0×10^2J·mol^-^1·K^-^1。在40℃, pH=8.0, Ⅰ=0.1mol·L^-^1,trans-[(en)~2(NO~2)Co(O~2CC~5H~4N)]^2^+/[Fe(CN)~5(H~2O)]^3^-反应体系前驱双核配合物分子内电子转移速率常数为7.0×10^-^5s^-^1。最后讨论了分子轨道对称性, 两金属中心氧化还原电势差等因素对电子转移速率的影响。     

二维ZnO纳米片的热力学研究

采用水热法合成了二维ZnO纳米片,并通过扫描电镜(SEM),X射线粉末衍射仪(XRD)对其形貌尺寸和物相进行表征,合成的多孔状纳米纯度高,且结晶度好。采用原位微热量技术,得到了过程的热动力学信息,结合热化学循环、热动力学原理及动力学过渡态理论,获取了二维ZnO体系的整体热力学函数和表面热力学函数,讨论了温度对表面焓、表面熵和表面吉布斯自由能的影响规律。结果表明：(i)纳米ZnO整体热力学函数：标准摩尔生成吉布斯自由能、标准摩尔生成焓和标准摩尔熵均比块体的大;(ii)随着温度的升高,表面焓和表面熵增加,表面吉布斯自由能则减少。