二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用

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1、华南师范大学实验报告学生姓名学号专业化学教育年级、班级课程名称综合化学实验课件密码实验类型□验证□设计□综合实验时间2014年4月2日实验指导老师实验评分二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用一、前言1实验背景二茂铁[(C5H5)2Fe]是一种橙黄色针状或粉末状结晶物，具有类似樟脑的气味，熔点173～174℃，沸点249℃，不溶于水，而溶于甲醇、乙醇、乙醚、苯、汽油、煤油、柴油等有机溶剂，具有高度热稳定性和耐辐射性，加热到470℃也不分解。二茂铁的毒性很小，大白鼠20天口服致死量为600mg/kg，狗日服100mg/kg时，在四周内未见中毒现象。在化学性质上，二茂铁与芳香族化合

2、物相似，不易发生加成反应，容易发生取代反应。二茂铁与芳香族化合物化学性质相似，具有独特的芳香性，甚至在一些情况下，其芳香性能大于苯环。二茂铁为18电子构型，具有良好的稳定性，其中心铁原子和环戊二烯基都具有一定的活性，从而可以进行一系列的有机反应。在二茂铁的环上容易发生亲电取代反应，可进行金属化、氯化、酰基化、烷基化、磺化、甲酰化以及配合体交换等反应，从而可制备一系列用途广泛的衍生物。二茂铁衍生物具有疏水性，这使其能够顺利地通过细胞膜，与细胞内物质相互作用，此外它还具有良好的稳定性、低毒性，因而可作为治疗某些疾病的药物，如抗癌药物等。由于二茂铁及其衍生物还具有氧化还原可逆性，可在

3、酶的作用下参与代谢作用，所以它们还可用来制造植物生长调节剂、杀虫剂等。二茂铁衍生物具有良好的电导特性，当二茂铁与共轭体系衔接时，可以形成性能良好的分子导线。第一个含二茂铁代表性的分子导线是1,1′-双(三甲基甲硅烷乙炔基)二茂铁。二茂铁的热稳定性、氧化还原性、结构可变性和金属特性，使得其在液晶材料方面的应用前景也十分广阔。此外，二茂铁衍生物还被广泛地应用到抗菌剂，聚合物、纳米材料、电化学元件、生物化学、分析化学等邻域，对其的开发利用成为金属有机化学界的热议话题。目前，二茂铁衍生物多达数百种。二茂铁及其衍生物最广泛的用途是作为催化剂，如不对称催化、羟醛缩合、烯烃常压氢化、芳酮硅烷

4、化等。二茂铁及其衍生物还可以作为燃料油添加剂。二茂铁添加到固体燃料、液体燃料中，可以起到明显的消烟、助燃和节省燃料的作用。尤其是添加到燃烧时会产生大量黑烟的烃类中，其效果尤为显著。二茂铁对芳烃燃烧时的消烟作用最好，其次为烯烃、环烷烃、烷烃。二茂铁还可用于提高汽油辛烷值，可代替四乙基铅制得无铅汽油。由于二茂铁的这种助燃、消烟作用，可以起到提高发动机功率、节能和减少大气污染的效果，它是一种优良的环保、节能产品。2实验目的2.1了解二茂铁及其衍生物的应用，特别是作为一种优良的燃料助燃催化剂，其重要的经济价值与环保价值；2.2掌握利用氧弹卡计测量油品燃烧所产生的热量的操作技术，应用CA

5、CE系统评价油品的燃烧效率；2.3学会评价自制的二茂铁及其衍生物对柴油的助燃和消烟作用。二、实验部分1基本原理1.1燃烧热的测量原理利用氧弹卡计测量柴油燃烧产生的热量。根据能量守恒定律，样品完全燃烧放出的热量促使卡计本身及其周围的介质（本实验用水）温度升高，测量介质燃烧前后温度的变化，就可求算出该样品的恒容燃烧热，在量热计与环境没有热交换情况下，其关系式为：m样Qv==W(卡+水)△T－m点火丝Q点火丝式中，m样为样品的质量，g；Qv为样品的恒容燃烧热，J/g；W(卡+水)为氧弹卡计和周围介质的热当量，J/K，它表示卡计和水每升高1℃所需要吸收的热量；W（卡计+水）=14541

6、.35(J/K)；m点火丝为点火丝的质量，g；Q点火丝为点火丝（铁丝）的在恒容条件燃烧放出热量，其值为6694.4J/g；△T为燃烧过程温度的升高值，经过雷诺作图法可校正由于系统热漏等原因产生的△T的测量偏差。本实验以△T/m研究添加剂对柴油燃烧效率的影响规律。1.2不完全燃烧条件下二茂铁对燃油燃烧效率及燃烧速率的影响根据上面的实验原理与方法，对于不完全燃烧条件下二茂铁对柴油燃烧的影响可从燃烧速率（△T/△t），燃烧效率（△T/m）以及燃烧后炭渣的重量和尾气成分的变化三个方面进行研究，尾气可通过氧弹装置中的排气孔收集，利用相关的分析方法进行尾气的定性和定量测定。以寻找二茂铁与柴

7、油量的最佳配比，从而了解二茂铁作为柴油燃烧过程中的添加剂其环保价值和经济价值。2实验仪器2.1主要仪器GR3500型氧弹式热量计及氧弹式热量计控制箱(湖南长沙科学仪器厂)、电子天平、镊子、玻璃棒、试管、试管架、移液管、洗耳球2.2主要试剂二茂铁、柴油3实验步骤3.1不完全燃烧条件下二茂铁对柴油燃烧燃值和燃烧速率的影响充氧压力：0.9atm.(1)称取柴油1.2克,测量柴油燃烧前后温度随时间变化曲线,经雷诺作图法求取温度差△T;(2)称取柴油1.2克,加入二茂铁(自合成样品或标准试剂样品)，使