无机合成第4章低温合成和分离

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1、第4章低温合成和分离4.1低温的获得、测量和控制4.2真空的获得、测量和实验室常用的真空装置4.3低温下气体的分离4.4液氨中合成4.5低温下稀有气体化合物的合成4.6低温下挥发性化合物合成的示例4.7低温化学中的低温合成第一节低温的获得、测量和控制一低温的获得通常获得低温的途径有相变制冷，热电制冷，等焓与等熵绝热膨胀等，用绝热去磁等可获得极低温的状态。低温源◆制冷浴※冰盐共熔体系:将冰块和盐尽量弄细并充分混合(通常用冰磨将其磨细)可以达到比较低的温度。例如下面一些冰盐混合物可达到不同的温度:3份冰+1份NaCl-21℃3份冰+3份CaCl2-40

2、℃※干冰浴:这也是一种经常使用的低温浴,它的升华温度-78.3℃，用时常加一些惰性溶剂，如丙酮，醇，氯仿等，已使它的导热更好一些。※液氮:液化温度是-195.8℃，它是在合成反应与物化性能试验中经常用的一种低温浴，当用于冷浴时,使用温度最低可达-205℃。※液氨:它的正常沸点是-33.4℃，一般说来它可使用的温度远低于它的沸点。需注意的是它必须在一个具有良好通风设备的房间或装置下使用。◆相变制冷浴（可以恒定温度）二液化气体的贮存和转移贮存液化气体的容器，根据体积的大小和用途的不同，一般有低温容器（杜瓦瓶），液化气体的贮槽。液化气体贮槽由贮存液化气体

3、的内容器、外壳体、绝热结构以及连接内、外壳体的机械构件组成。除此之外，贮槽上通常还设有测量压力、温度、液面的仪表，液、气排注和回收系统，以及安全设施等。15L杜瓦瓶液态气体的转移※倾倒的方法(倾瓶器)比较小的杜瓦瓶可直接倾倒，但倾倒时应将一片湿的滤纸贴在瓶口里面，把液态空气从滤纸上面很快地倒出。耶拿制的杜瓦瓶可直接倒出，不过倾倒时应慢慢地转动它，使瓶口四周能均匀冷却。※虹吸管图4-3※铜舀使用较大量的和用普通玻璃制的杜瓦瓶时,液态空气切不可直接从瓶中倾倒出来，而是用铜舀来取。※塑料或白铁做的漏斗(回收液态气体)三低温的测量不仅所选用的温度计与测量常

4、温时不同，而且在不同低温温区也有相对应的测量温度计。这些低温温度计的测温原理是根据物质的物理参量与温度之间存在的一定关系，通过测定这些物质的某些物理参量就可以得到欲知的温度。常用的温度计有:※低温热电偶V=KTV:热电偶中的热电势;K:常数,温度系数※电阻温度计是利用感温元件的电阻与温度之间存在的关系而制成的。Rt=R0(1+αt+βt2+γt3)Rt,R0是温度t及0℃时的电阻值;α，β，γ是常数。制作电阻温度计时，应选用电阻比较大、性能稳定、物理及金属复制性能好的材料，最好选用电阻与温度间具有线性关系的材料。常用的有铂电阻温度计、锗电阻温度计、

5、碳电阻温度计、铑铁电阻温度计等。※蒸汽压温度计液体的蒸汽压随温度的变化而变化，因此，通过测量蒸汽压可以知道其温度。如何选择温度计：★考虑测温范围、要求精度、稳定性、热循环的重复性和对磁场的敏感性。★考虑到布线和读出设备等的费用．最好是用某种温度计测量它本身的最佳适用温度。★由于几乎所有的温度计都必须提供一个恒定的电流，这就需要考虑寄生热负载的影响(如沿着导线的热传递和在读中期间的焦耳热)。四低温的控制简单说有两种:一种是恒温冷浴，二是低温恒温器。前者往往用相变制冷来实现。◆恒温冷浴★冰水浴★相变制冷浴★干冰浴◆低温恒温器图4-5低温恒温器通常是指这

6、样的实验装置，它利用低温流体或其它方法，使试样处在恒定的或按所需方式变化的低温温度下，并能对试样进行某种化学反应或某种物理量的测量。低温恒温器大致可分为两大类:★第一类是所需温度范围可用浸泡试样或使实验装置在低温液体中的方法来实现，改变液体上方蒸汽的压强即可改变温度,如用减压降温恒温器;★第二类是所需温度包括液体正常沸点以上的温度范围，一般称为中间温度。可用两种方法获得中间温度:一种是使试样或装置与液池完全绝热或部分绝热,然后用电加热来升高温度;另一种是用冷气流,制冷机或其它制冷方法(例如活性炭退吸附等)控制供冷速率，已得到所需温度。最简单的一种液

7、体浴低温恒温器如图4—5所示，它可以用于保持-70℃以下的温度。它的制冷是通过一根铜棒来进行的，铜棒作为冷源，它的一端同液氮接触，可借铜棒浸入液氮的深度来调节温度，目的是使冷浴温度比我们所要求的温度低5℃左右．另外有一个控制加热器的开关，经冷热调节可使温度保持在恒定温度.(正负0.1℃)第二节真空的获得、测量与实验室常用的真空装置真空状态下气体的稀薄程度通常以压强值（Pa)表示，习惯上称作真空度。1Torr=1mmHg=133.322Pa。为实用上便利可见，人们把气体空间的物理特性，常用真空泵和真空规的有效使用范围和真空技术应用特点这三方面比较相近

8、的真空度，定性地划分为几个阶段：粗真空105103Pa低真空103-101Pa高真空10-1-106Pa超高真空10-6-