2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、本論文分三部分論述了超強酸—鹵代硫酸形成反應(yīng)機理及其分子簇和溶劑效應(yīng)理論研究。 第一部分用量子化學(xué)密度泛函(DFT)理論首次研究了三氧化硫和鹵化氫反應(yīng)生成鹵代硫酸的反應(yīng)機理,考慮了兩種反應(yīng)通道的反應(yīng)機理:二分子反應(yīng)S03+HX反應(yīng)機理和三分子反應(yīng)S03+2HX反應(yīng)機理。在B3LYP/6-311++G**水平上研究了反應(yīng)物復(fù)合物,過渡態(tài),產(chǎn)物復(fù)合物的優(yōu)化結(jié)構(gòu)、頻率、相對能量和各反應(yīng)的活化能。二分子反應(yīng)S03+HX反應(yīng)機理不利于形成

2、鹵代硫酸,三分子反應(yīng)S03+2HX反應(yīng)機理對鹵代硫酸的形成比較有利,氟硫酸的形成是自發(fā)的,氯硫酸或溴硫酸的形成是非自發(fā)的過程,這是由于HF與S03能形成很強的電子接受和給予(EDA)復(fù)合物,與S03-HF相比,S03-HCl和S03-HBr是比較弱的EDA復(fù)合物,主要原因是鹵代硫酸中Cl或Br把電子給予親電中&,S03,Cl或Br孤對電子軌道太大以至于不能填滿親電中心,結(jié)果電子轉(zhuǎn)移程度減少,電子給予體和接受體之間的靜電作用也減弱。S03

3、與HF作用能理論計算為約12.1kcal.mol'l,比S03與H2O的EDA作用強,但小于S03--NH3的EDA作用。 第二部分在B3LYP/6-311++G**和MP2/6-311++G**水平下研究了鹵代硫酸(HS03X,X=ECl,Br)在水中的離解反應(yīng),計算了HS03X-(H20)n,n=l-4優(yōu)化構(gòu)型、頻率、結(jié)合能、熱力學(xué)性質(zhì)函數(shù)如相對焓、相對自由能,對鹵代硫酸在水中的離解機理和溶劑效應(yīng)做了全面研究。計算結(jié)果表明:

4、鹵代硫酸和水之間存在很強的氫鍵,當(dāng)HS03X--(H20)n中含3個水分子時,HS03X完全電離,質(zhì)子從HS03X遷移到H20,在氣相中鹵代硫酸與1.3個水分子形成分子簇時,酸水合分子簇能穩(wěn)定存在。討論了HS03X--(H20)n(n=2-4)兩種主要穩(wěn)定的分子構(gòu)型。 第三部分用密度泛函理論(DFT)和從頭算(曲initIo)分子軌道理論研究了氣相中鹵代硫酸和氨的質(zhì)子傳遞反應(yīng)以及單個水分子對酸質(zhì)子傳遞作用的影響。在B3LYP/6

5、-311++G**G料和MP2/6-311++G**水平下計算了HS03X--NH3一(H2O)n,(X=F,Cl,Br,n=0-3)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)、結(jié)合能、頻率和熱力學(xué)性質(zhì)如相對焓和相對自由能。當(dāng)沒有水分子存在時,HS03X與NH3只形成氫鍵,HS03X作為氫鍵的給予體,NH3作為氫鍵的接受體。但有一個水分子存在時,HS03X分子中質(zhì)子完全遷移給NH3分子,形成S03X-…NH4+離子對,2個和3個水分子的引入在分子簇中通過形成氫鍵而穩(wěn)定

6、離子對。通過對鍵長、結(jié)合能、頻率等分析進一步證實水分子的逐個引入,分子簇從形成氫鍵轉(zhuǎn)化為形成離子對結(jié)構(gòu)。根據(jù)這些結(jié)果,可以推測鹵代硫酸和氨的氣相反應(yīng)在有適當(dāng)?shù)乃羝嬖跁r會形成鹵代硫酸銨鹽。隨著在HS03X--NH3中逐個加入水分子,水合能逐漸增大,相對自由能逐漸減少,這有利于分子簇的形成,在氣相中小的水合分子簇具有很高的穩(wěn)定性,但在HS03X~NH3一(H20)3中其相對自由能AG增加或不變,說明HSO3X-NH3-(H20)3或更大

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