化学反应中的低温技术

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：2.7K20世纪70年代：0.000005K（实验室）近年来：0.00000003K（荷兰科学家）制冷分类普通冷冻或普冷：T→-100°C深度冷冻或深冷：T→-100°C-4.2K极冷：T→<4.2K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。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10-3~10-5Pa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。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：（77K），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：2~300K热电偶材料和测温范围电阻温度计原理：RT

=R0(1+αT+βT2+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：2~300K蒸气压温度计原理：克劳修思－克拉伯龙方程

lgp

=L/2.303RT+CL: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：1~300K纯物质测试温度

SO2-10~-35oCNH3-35~-80oCCO2-80~-105oCC2H4-105~-150oCCH4-150~-183oCO2-183~-200oCSO2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置。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°C2M+2NH3(l)=2MNH2+H2↑NaNH2

的合成起始原料：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。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低温分离低温物理分离低温下的分级冷凝低温下的分级蒸发低温吸附低温下的化学分离（化学方法）低温下的化学分离适用条件：当两种化合物通过它们的挥发性差别进行分离不太容易时，可以通过化学反应的方法进行分离。原理：通过加入过量的第三种化合物，使之同其中一种化合物形成不挥发性的化合物，这样把挥发性组分除去之后，再向不挥发的这一产物中加入过量的第四种化合物。使第四种化合物从不挥发性的化合物中把原来的组分置换出来，进而同加入的第三种化合物形成不挥发性的化合物，最终达到分离的目的。SF4的低温化学纯化GeH4和PH3的低温化学分离低温合成特点实验装置复杂、对温度要求苛刻反应中副反应多，产物一般需进行纯化合成的产物易挥发、易爆炸，因此必须根据产物性质，采取对应的安全储存方法合成过程必须考虑好实验步骤，按照要求认真操作，避免发生事故。大多数合成反应使用有毒、易爆物质，必须做好安全防护。低温、真空条件下合成有机金属配合物

Albertin

et.al.,“Preparationand