化学反应中的低温技术..

恒温冷浴制法
• 除了冰水浴外，其它泥浴（相变制冷浴） 的制备都是在通风橱里慢慢地加液氮到杜 瓦瓶里，杜瓦瓶内预先装有调制泥浴的某 种液体的容器并搅拌，当泥浴液相成一种 稠的牛奶状时，就表明已成了液固平衡物 了。 • 注意：不要加过量的液氮。
低温恒温器
• 低温恒温器是能够将一个低温状态保持一定时间 的装臵。 • 液体低温浴恒温器原理：其制冷通过一个铜棒来 进行的，铜棒作为热导体，其一端同冷源液氮接 触，可借助于铜棒浸入液氮的深度来调节温度， 并使冷浴温度比要求的温度低5°C左右。另外有 一个控制加热的开关，经冷热调节可使温度保持 在恒定温度的±0.1 °C • 控温：<-70°C； 精度：±0.1°C
SO2测温段
NH3测温段
CO2测温段
C2H4测温段
CH4测温段
O2测温段
低温的控制
• 低温的控制，简单说来有两种，一种是恒 温冷浴，二是低温恒温器。前者一般用相 变制冷来实现。 • 恒温冷浴：可以用沸腾的纯液体也可用纯 物质液体和其固相的平衡混合物（混浴） 来获得。比如冰水浴、干冰浴、泥浴等
乙醇低温浴恒温器
低温合成和分离
• • • • • 低温下的合成反应 低温下稀有气体化合物的合成 低温下挥发性化合物的合成 低温化学中的化学合成 低温分离
低温反应
• 示例-金属同液氨之间的反应。氨：熔点为77.70°C；沸点-33.35°C 2M + 2NH3(l) = 2MNH2 + H2↑
NaNH2 的合成
制冷分类
• ������ • ������ • ������ 普通冷冻或普冷：T → -100°C 深度冷冻或深冷：T → -100°C-4.2 K 极冷：T → <4.2 K
低温工程
• 获得低温的物理方法：������ 等熵膨胀（等熵冷却） 压缩气体绝热节流（等焓冷却） 相变制冷（液体气化，固体融化，固体升华，液 体抽气） 辐射制冷 涡流制冷 热电制冷 吸收制冷，吸附制冷。
低温合成适用范围
• • • • 常温剧烈的反应，低温控制反应速率。 常温副反应多的反应 产物易分解的反应 生成低温物相的反应
• 特点： 3和4之间的真空度为 0.0013Pa。 8为吸附剂（硅胶和分 子筛等），其作用是吸 收渗入真空夹层的微量 气体，保证气压降到103~10-5Pa 容器材料：紫铜、不锈 钢、铝合金等
液氦、液氢（液氮屏和气体屏容器）
• 由于液氦、液氢的沸点极低，因此一般用结构非 常复杂的液氮屏和气体屏容器来储存。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
蒸气压温度计
• 原理：克劳修思－克拉伯龙方程 lgp = L/2.303RT+C L:汽化热; 查p-T表 • 测量：测定正常压强可用水银柱或精确的 指针压强计，测低压强可用油压强计或麦 克劳斯压强计、热丝压强计 • 适用范围：1~300 K
• 纯物质 测试温度 SO2 -10~ -35oC NH3 -35~ -80oC CO2 -80~-105oC C2H4 -105~-150oC CH4 -150~-183oC O2 -183~-200oC
低温技术
• • • • 低温的获得 低温测量方法 低温的控制 低温合成和分离
低温的获得
• • • • • • • 获得低温的主要方法 低温冷浴 冰盐低共熔体系 干冰浴 液氮浴 相变致冷浴 液化气体的使用和贮存
低温研究进展
• 任何物体的温度都不能低于绝对零度(273.15°C),此温度下，原子、分子和电子 将被冻结、停止运动。 • 宇宙空间背景辐射温度：2.7 K • 20世纪70年代：0.000005 K（实验室） • 近年来： 0.00000003 K（荷兰科学家）
热电偶材料和测温范围
电阻温度计
• 原理：RT = R0 (1+ αT + β T2 + γT3) 式中， RT 和R0 是T 及0 °C 时电阻值； α、 β 、γ是常数 • 定标：利用1989国际温标（参见原始定标 温度表）多点求α、β 、γ，用内插法即可作 出温度分度表 • 适用范围：2~300 K
液氮屏技术参数
液态气体的转移方法
• 倾倒法(瓶口里贴滤纸， 用玻璃或塑料做的漏 斗) • 虹吸法 • 加压法(用小橡皮球打 气) • 舀取法(瓶体积大时， 用黄铜杯舀取)
低温的测量方法
• 低温的测量有其特殊方法，常用低温温度计。 • 测温原理是利用物质的物理参量与温度之间的定 量关系，通过测定物质的物理参量就可转换成对 应的温度值。低温温度计的种类有低温热电偶、 电阻温度计和蒸汽压温度计等，实验室中，最常 用的是蒸汽压温度计。 • 对应不同温区，应选择与之匹配的低温温度计。
低温热电偶
• 原理：V = KT，式中， V 是热电势， K是 温度系数（常数）， T是绝对温度 • 定标：用三点法（冰点：0 °C；干冰的升 华点：-78 °C；液氮正常沸点：（77 K）， 根据公式 V = aT + bT2 + cT3 求出a、b、c后，用内插法即可作出温度分 度表 • 适用范围：2~300 K
• 起始原料：金属钠、液氨、Fe(NO3)3•9H2O （催化剂） • 反应式：2Na + NH3(l) = 2NaNH2 + H2↑
低温下稀有气体化合物的合成
• 示例-氧化氙(XeO3)的制备 XeF6 + 3H2O = XeO3 + 6HF （水解反应） • 反应过程：XeF6的水解反应极为剧烈，易 引起爆炸。为了减慢和便于控制反应速度， 可先用液氮冷却氟化氙，然后加入水，这 时便形成了凝固状态，逐渐加热使反应缓 慢进行，直至加热至室温。水解完毕后， 小心地蒸发掉HF和过量的水，便可得到潮 解状的白色XeO3固体。
等熵冷却
• 气体膨胀对外做功而其熵值不变，膨胀后 气体温度降低。这种由于压力变化而导致 的温度变化称为等熵膨胀效应。
获得低温的主要方法和可达温度
冰盐浴
• 制备方法：将冰块和盐用冰磨尽量研细并 充分混合
干冰浴
• 干冰的升华温度是-78.3°C
液氮浴
相变致冷浴
液化气体的使用和贮存
• 液氮、液氩和液氧：三者的沸点接近，因 此一般都用杜瓦瓶来储存