第三章立体化学
Stereochemistry Contents
3.1 对称性与对称因素(2)
1、平面对称因素
2、中心对称因素
3、简单轴对称因素
4、反射对称因素
3.2 旋光性与对映异构(4)
1、物质的旋光性
2、旋光性与分子手性
3.3 含手性碳原子化合物的立体化学
1、含一个手性碳原子的分子
2、含两个不同手性碳原子的分子
3、含两个相同手性碳原子的分子
4、含假不对称碳原子的分子
3.4 不含手性碳原子化合物的立体化学
1、丙二烯型化合物
2、联苯型化合物
3、含其它不对称原子的化合物
4、环状化合物的光活异构体
3.5 外消旋体的拆分
*3.6 反应中的立体化学
在有机化学中广泛存在着同分异构现象。1832年，柏采利里乌斯根据实验事实建议：把具有相同组成而具有不同性质和晶形的物质称同分异构物质。1861年，布特列洛夫的结构学说说明了产生同分异构的原因是由于化学结构的不同；1874年，范特荷夫和勒贝尔的碳四面体概念奠定了立体化学基础，说明了物质的旋光性。
构造异构（Constitution isomerism）：有机分子中，原子相互连接的次序不同而产生的异构现象。
立体异构（Stereoisomerism）：分子中原子的连接次序相同，但空间的排布方式不同而呈现的异构现象。
碳胳异构：碳链不同
构造异构—位置异构：官能团的位置不同
官能团异构：官能团不同
互变异构：不同官能团迅速互变达到平衡，如烯醇与
酮式结构的互变
同分异构——
顺反异构：双键或环的存在使分子中某
些原子在空间排布不同
构型异构—对映异构：分子具有手性
立体异构——
构象异构：由于C—C键旋转而使分子在空间中呈现
不同形象
立体异构涉及到分子的几何形象，而分子的几何形象对其物理性质和化学性质有时具有非常惊人的影响。如碳的不同同素异形体，无定形碳、石墨、金刚石、足球烯，具有完全不同的几何形象，其外观、物理和化学性质完全不同。分子几何形象的微少差别对自然界及生命现象都起着难以估计的影响，绝大多数生命及生理化
学过程，是受分子的几何形象所控制。
3.1 对称性与对称因素
在宏观世界中，无论是自然界中产生的物质或是人为创造的，都体现出对称性这个重要法则。如宇宙中的天体是高度对称的球体；许多动植物在表面上也是对称的，如人体、蝴蝶美丽的双翅。许多人为的事物及各种创造，也都经常表现出某种对称，如建筑、诗文、音韵等。对称思想似乎是一种本能，存在于各个领域中。而有些东西则是不对称的，如蜗牛壳、螺栓的螺纹、人的手、足、耳等。从宏观到微观，许多有机物的分子结构也具有某种对称性或不对称性。考察一个有机分子的对称性，通常从考察分子的对称因素入手。 1、平面对称因素（对称面σ）
如有一个通过分子的平面把分子分成两部分，其中一部分是另一部分镜像，通过平面相等距离处都有相同的对应点，这个平面称为分子的对称面。用σ表示。
如：
Cl
Cl Cl
Cl
C H
3
H H
3C
C
C H 3
上述分子中均有一个或多个对称面，对称面两边的实体与镜像可以彼此重叠。（习题3-1 下列化合物有几个对称面，p86） 2、中心对称因素（对称中心i ）
若分子中有一点，通过此点画任何直线，在直线等距离的两端有相同的原子或基团，则该点称为分子的对称中心，用i 表示。
如：
Cl
F
F
Cl
C====C Cl
Cl H
Cl
Cl
Cl
C H 3
C H 3
Cl
Cl
F
F H
上述分子中均有一个通过分子的中心对称因素。具有中心对称因素的分子其实体与镜像相互重叠。
3、简单轴对称因素（简单对称轴C n ）
许多物体或分子中具有简单轴对称因素。如穿过分子画一直线，分子绕该线旋转3600/n 后，获得的分子与原来分子的形象相同，则这一直线称为该分子的n 重对
称轴，用C n 表示。
如：
Cl
Cl
H
Cl
Cl
H
C=====C C 6 C
2
观察反-1
，2-二氯乙烷，分子中有C 2对称轴，但分子与镜像不相互重合。 4、反射对称因素（更替对称轴S n ）
反射对称因素需要经过两个操作：首先分子绕一直线转动3600/n 后，再用一面垂直于该直线的镜子将分子反射，反射后的镜像与原来的分子重合，该直线称为该分子的n 重更替对称轴。用
S n 表示。
S 2Cl
H
H
Cl
C====C
360
2
具有S 2的分子都有一个中心对称因素，其分子与镜像相互重合。同样具有Sn 的分子其分子实体与镜像相互重合。
因此，根据分子的对称因素，可做出以下判断：具有对称中心和对称面的分子其分子实体与镜像相互重合；而不具有对称中心和对称面的分子其分子实体与镜像不能相互重合，其实体与镜像的关系正如人的左、右手一样，这种分子称为手性分子或不对称分子，分子的这种镜像不重合性称为分子的手性，具有手性的分子具有对偏振光的旋光特性，因此手性分子又称为光活性分子。
3.2 旋光性与对映异构（Optical activity and Enantiomerism ）
1、物质的旋光性
平面偏振光：只在一个平面上振动的光。
普通光线含有各种波长的射线，在各个不同的平面上振动，其振动方向垂直于光波的前进方向。若将普通光线通过一个由方解石加工而成的Nicol 棱镜，Nicol 棱镜象一个光栅，只允许与其晶轴平行振动的射线通过，在其它方向振动的射线部
分或全部被挡住，这样就得到了平面偏振光。
prism
混合光的振动平面单色光的振动平面平面偏振光的振动平面若将平面偏振光通过一些物质，如水、乙醇等，它们对偏振光的振动平面没有影响；若将偏光通过乳酸、蔗糖、葡萄糖等物质，这些物质会使偏振光的振动平面向左或向右旋转一定角度α。这种能使偏振光的振动平面转动的性质称为物质的旋光性，这种物质称为旋光性物质或光活性物质，使偏光振动平面左旋的物质称左旋体（Dextrorotatory）；向右旋转的物质称右旋体(Levorotatory)。旋光物质使偏光振动平面旋转的角度α称旋光度
光源起偏器样品管检偏器刻度盘目镜
旋光仪原理示意图
光学活性物质
测定时，把两个Nicol棱晶的晶轴相互平行时作为零点，视野明亮；当加入非旋光性物质时，偏光通过样品管后仍可完全通过检偏镜，视野明亮，刻度仍为零点；而当加入光学活性物质时，偏光振动平面发生向左或向右的转动，这是只有向左或向右旋转检偏镜才能使光线完全通过，此时，刻度盘上的读数即为该物质的旋光度，用α表示。
旋光度的大小取决于物质的浓度、温度、旋光管长度、光的波长及溶剂等因素，在溶剂、温度、光源一定时，旋光度正比于浓度和旋光管长度，即α∝c，l 。为了便于比较各种物质的旋光度，将物质的旋光能力与方向用比旋光度[α]λt表示。
比旋光度[α]λt定义为：1mL含1g旋光性物质的溶液，放在1dm（10 cm）长的样品管中测得的旋光度即该物质的比旋光度，即单位浓度、单位长度的旋光度。
溶液中：[α]λt＝αλt / l c
对纯液体，浓度c用密度表示。温度t一般为室温，光波波长常用钠光D线（586.9 nm和589.3 nm）.
使偏振光振动平面向左旋转称“左旋”，用“－”表示；使偏振光振动平面向右旋转称“右旋”，用“+”表示。如，[α]λt＝－92.80，即表示该物质在20℃、水溶液中、钠光光源时，比旋光度为左旋92.80。又如，发酵乳酸，[α]λt＝－3.80；肌肉乳酸，[α]λt＝+3.80。
比旋光度的应用，一是根据测定的某物质的旋光度，计算该物质的比旋光度；二是已知某物质的比旋光度，通过测定旋光度计算该物质的浓度，如，制糖工业中，常用旋光度来控制糖液的浓度。
需要注意的是：①在不用水作溶剂时，需标明溶剂；②由于分子的缔合、离解
及与溶剂的相互作用等因素对有机物质浓度的改变会影响比旋光度的数值甚至方向，因此，需要标明浓度。
2、旋光性与分子手性
1808年，马露（Malus）发现了偏光，1811年法物理学家阿瑞洛（Arago）在研究石英的光学性质时发现：天然的石英有两种晶体，一种使偏光左旋，称“左旋石英”；另一种使偏光右旋，称“右旋石英”。这两种石英不具有任何对称性，两者互为实物与镜像的关系，互相不能重叠，正如人的左、右手。1815年，法物理学家拜奥特（Biot）观察到蔗糖水溶液、酒石酸水溶液、松节油的酒精溶液、樟脑的酒精溶液等都具有旋光能力，而且其旋光性与其存在的状态无关。显然，物质所具有的旋光性与分子结构有关。1848年，法生物学家巴斯德在研究酒石酸盐时，首次用人工方法分开了酒石酸铵的两种晶体，这两种晶体互为实物与镜像关系，旋光性能相同，但旋光方向相反。由此他指出：如同晶体本身一样，构成晶体的分子是互为镜像的。1863年，德有机化学家韦斯立森努斯（Wislicenus）对乳酸进行了一系列研究发现：肌肉乳酸（+）和发酵乳酸（—）具有相同的组成，但旋光方向相反。因此，他断言：如果分子在结构上是相同的，然而性质不同的话，这种差别，只能认识为原子在空间的不同排布。
1874年，V on’t Hoff和LeBel分别提出了碳四面体学说：如果碳原子位于一个正四面体中心，那么与碳相连的四个原子或基团将占据四面体的四个顶点，它们若有旋光性应归结于不对称取代的碳原子。
C*abcd 可有两种不同的排布方式：
b
C
a
d
a
b
d
它们代表两种不同的空间构型，两者互为镜像关系，正如人的左、右手关系。这种分子与其镜像的不重合性称为分子的手性或手征性（Chirality），具有手性的分子称为手性分子（Chiral molecules）。具有四个不同原子或基团的不对称碳原子称为手性碳或手性中心。手性分子具有旋光性。
当碳上连有两个相同原子或基团时，其空间排布方式只有一种，分子与其镜像重合，没有手性，没有旋光性。
因此，只有物质与其镜像不能重合时，物质才有旋光性。其结构的差异仅在于原子或基团在空间的不同排列顺序，它们互为对映异构体。
物质与其镜像的不能重合，即手性是物质产生旋光性的必要条件，是产生对映异构现象的充分必要条件。
根据物质分子的对称因素，可判断分子是否具有手性，即：具有对称中心和对称面的分子其分子实体与镜像相互重合，没有手性；而不具有对称中心和对称面的分子其分子实体与镜像不能相互重合，具有手性，具有旋光性，有对映异构现象。
3.3 含手性碳原子化合物的立体化学
1、含一个手性碳原子的化合物
（1）对映体：
如乳酸分子，分子中有一个不对称碳原子，四个不同的基团在空间有二个不同的排列方式，它们互呈物体与镜像的对映关系。这种实物与其镜象不能重叠的分子成为一对对映体
C H 3C HC O O H
O H
*
H
C O O H
H
C O O H
3
HO
3
OH
对映体（enantiomers ）
(互为镜象异构体)，其中一个是左旋体 ，一个是右旋体。
对映体性质比较：
a . 对映体的各个基团在空间排列顺序不同，但空间相对关系相同。故具有相同的m.p ，b.p ，密度等物性，只是对偏光的旋光方向不同 ，旋光度相同（[α]20D ＝3.8 o 水）。
b. 对映体的一般化学性质相同。如pKa 值3.79。但在手性环境下与手性试剂、手性溶剂、催化剂表现出不同的性质，反应具有立体化学的专一性。
如：氯霉素的立体异构体中只有一个是抗菌的。（+）葡糖在动物代谢中起重要作用，有营养价值，但其左旋体不能被动物代谢也不能被酵母发酵。 （2）外消旋体：The racemic modification ───对映体的等量混合物。
如用合成法得到的乳酸，其结构与肌肉乳酸和发酵乳酸相同，但没有旋光性。 外消旋体的性质：
a 、组成上 50%（+）+50%（—），无旋光性。
b 、物性发生变化，如（+），（—）乳酸m.p 53℃，而(±) m.p 18℃。
c 、化学性质基本相同，在生理作用上，则各发挥其效能，如合霉素。
d 、固态的外消旋体由于晶体间结合力不同，可有三种类型： ① 外消旋混合物 f 相同构型>f 不同构型（物性如m.p 不同）。
②（±） 外消旋化合物 f 不同>f 相同构型，物性与组成它的对映体不同。
③ 外消旋固体溶液：f 不同=f 相同，形成混合晶体，物性与组成它的对映体相近。 （3）构型的表示方法──Fischer 投影式
对映体的构型，通常用Fischer 投影式表示。Fischer 投影式是用二维图像或平面式表示三维分子的立体结构。 投影原则：
a. 不对称碳在纸面上。
b. 四面体的二个顶点在纸面前方，用横线表示，另二个顶点（基团）在纸面后方，用竖线表示
c. 主链位于竖立方向，按从上至下的编号顺序
如：
3
21
3
1
C H 3
H
C O O H
C H 3
HO
O H C O O H
H
C H 3
HO
C O O H
C
32
11C H 2O H
C HO
O H
H
H
H 2O H
C H 3
O H
4
3
C H 2C H 3
2
1C H 2O H
4
3
1HO
H 2C H 3
H
H
3
Fischer 投影式具有严格的投影原则，不能随意改变，应用Fischer 投影式时，应经常考虑到分子的立体结构。应注意以下几点：
① 投影式在纸面上旋转1800时，构型不变，但旋转900时，构型改变成为其对映体。
H C
32
1C H 2O H
C
HO O H
H
H
C HO
C H 2O H
12
3180
2C H 2O H
H
C HO
13
H
H
HO
HO
H
C HO
C H 2
O H
12
3HO C H HO C H 2
O H
90
C HO
H
32
1C H 2O H
C HO
H
HO
② 投影式不能离开纸面旋转。
HO
H
C HO
C H 2O H
12
3H 2O H
O H C H 2O H
2H
H
180
H
C HO
C 1
③ 取代基的位置互换一次或奇数次，构型改变成为其对映体；取代基的位置互换两次或偶数次，构型不变。如固定一个基团，其余三个基团依次作顺时针或逆时针调换，构型不变。
2H 2O H H 2O H HO
H
C
HO
O H HO C
H 2
12
3
构型改变 构型不变 构型改变
C HO
1
2
H
H
HO C H 2
H O H
3
C H 2
O H
O H
H
C HO
1
2
3
对映体的构型也可用伞形式表示，形象直观，但不便于表示含多个手性原子的分子。
（4）构型的命名——相对构型与绝对构型
为了表示左旋体、右旋体的构型及其旋光方向，通常有两种方法：相对构型与绝对构型。
相对构型 (D-L 构型)：
费歇尔任意选择了（+）－甘油醛作为许多光活性化合物的标准，并假定右旋甘油醛的投影式为OH 位于不对称碳原子的右边，其构型用D 表示；左旋甘油醛的OH 位于不对称碳原子的左边，其构型用L 表示。
C HO H 2O H
H
C HO
C H 2O H
HO
H O H
D －（+）－甘油醛 L －（－）－甘油醛
若把D －（+）－甘油醛通过化学反应转化为乳酸，由于与不对称碳原子的基团没有发生任何置换，那么，乳酸的构型也为D 型。
C HO C H 2O H
H
O H O H H
H 2O H
C O O H
C O O H
O H
C H 3
H
[O ]
D －（+）－甘油醛 D －（－）－甘油酸 D －（－）－乳酸
左旋的乳酸、左旋的甘油酸和右旋甘油醛的构型是相同的，都为D 型，但旋光方向不同。因此，凡是由D －（+）－甘油醛转变而成的或是能转变成D －（+）－甘油醛的，都属D 型；凡是由L －（－）－甘油醛转变而成的或是能转变成L －（－）－甘油醛的，都属L 型。
构型不变，并不意味着旋光方向不变。但在有些情况下，用比较光活性的方法可把一些相同构型的化合物联系起来。一般而言，结构相似、构型相同的光活性化合物，当它们发生同样的反应时，其旋光方向的改变往往是相同的。对光活性物质，如果官能团相似，并且周围的环境也相似，则它们旋光度的变化也经常是相似的。反过来，也可从某一官能团的特征旋光度推测出这一官能团周围的环境，并用这种关系测定某些化合物的相对构型，可以得出较可靠的结果。
D-L 构型的命名主要应用于糖类及氨基酸类化合物中，如，D －（+）葡萄糖。 D-L 构型的缺点是：当一个化合物可从两种不同构型的化合物分别经过一系列步骤得到时，此时只能任意选定D －或L －；许多化合物难以通过化学反应在构型上准确无误地与D －（+）－甘油醛或L －（－）－甘油醛相关联，如，CHFClBr 。 绝对构型（RS 构型）：
分子的绝对构型到1951年得到彻底解决，魏沃（Bijvoet J M ）在荷兰用一种特殊的X 光衍射法成功测定了(+)－酒石酸钠铷的绝对构型。及许多其它光活性化合物的构型通过化学方法相互关联起来。有意思的是，费歇尔所假定的（+）－甘油醛的构型与实际测定相同。因此，其它光活性物质通过与(+)－酒石酸和（+）－甘油醛的关联，确定了其绝对构型。
1970年，国际上根据IUPAC 的建议采用了绝对构型的命名方法——RS 命名法，即根据分子在空间的实际排布进行命名。 命名规则：
① 把手性碳上所连的四个基团按次序规则由大至小排列：C*abcd a ＞b ＞c ＞d ② 将各个原子或基团在空间定位，最小的原子或基团离观察者的眼睛最远，其余三个基团朝向自己（象方向盘一样）。
③ 朝向自己的三个基团按次序规则排布，如为顺时针排布，称R －（Rectus ，拉丁文）；如为逆时针排布，称S －(Sinister)。 即：
d d
R --
S --
a ＞
b ＞
c ＞d
④ 标明构型和旋光方向，命名化合物。 如：
H
H
3
H
C HO C H
2O H
H
O H
H=C H 2
3
C l
OH ＞COOH ＞CH 3＞H OH ＞CHO ＞CH 2OH ＞H Cl ＞CH=CH 2＞CH 3＞H S －（－）－乳酸 R －（＋）－甘油醛 S －3－氯－1－丁烯
应用RS 命名时注意： ① 不对称碳原子的R 、S 构型仅与手性碳上的原子或基团在空间的相对位置次序有关。
② 一分子的R 构型转变为另一分子R 构型，不一定构型保持不变；一分子的R 构型转变为另一分子S 构型，不一定构型转变。如：
NH 2C H 2O H
H
C H 2B r
C O O H
C O O H N H 2
H
R － S －
③ 构型与旋光性不存在一种必然的简单规律。
④ 若基团有顺反异构、RS 构型，按次序规则，顺比反优先，R 比S 优先。
⑤ 用Fischer 投影式直接命名RS 构型时，当最小基团位于横键时，从纸面上所得的构型为实际构型；若最小基团位于竖键，从纸面上所得的构型为实际构型的反构型。如：
R － S － S －
2、含两个不同手性碳原子的分子
当分子中含有两个不同的手性碳原子时，分子应有四种不同的空间排布（构型），二对对映体。
C 1－C 2 C 1 R R S S C 2 R S R S
（±） （±） 如：氯代苹果酸
HOOC-CH*-CH*-COOH Cl OH
H C O O H O H C O O H
C O O H
H
C O O H
C O O H
H
C O O H H C l C O O H
O H C O O H H C l H
H C l HO
HO
H
C l 2
3
2
2
32
3
3
-7.10
(±) +7.10
-9.30
(±) +9.30
（2R,3R ） (2S,3S) (2R,3S) (2S,3R) 非对映体
非对映体（diastereomers ）：不呈镜像对映关系的立体异构体。
非对映体具有不同的物理性质，如m.p ，b.p ，n D ，比旋光度，溶解度等；具有相似的化学性质，但由于基团的空间位置不同，反应速度有差异。
随着手性碳原子数的增多，光学异构体的数目增多，如分子中有n 个不同的不
H
R
HO
H R
H 2
H
对称碳原子，则光活性异构体的数目为2 n 个。如分子中有相同的手性碳，则异构体的数目小于2 n 个。
3、含两个相同手性碳原子的分子
如：酒石酸
O O H
C O O H
H C O O H
C O O H
H
C O O H
H O H C O O H
O H C O O H
H H HO
HO
H
3
HO HO
R,S meso S,R (2R,3R) (±) (2S,3S)
内消旋 非对映体 对映体 内消旋体：分子中具有对称面或对称中心，两个不对称碳原子的旋光性恰好相反，相互抵消。内消旋体与对映体具有不同的物理性质和光活性。
内消旋体和外消旋体虽然都没有旋光性，但两者是完全不同的化合物。内消旋体是一种纯化合物分子，不能分离。而外消旋体是一对对映体的等量混合物，可拆分成具有旋光性的两种化合物。
所以，含两个相同手性碳原子的化合物只有三种构型：左旋体、右旋体和内消旋体。当不对称碳原子数为偶数时，其立体异构体的总数是：2（n －1）+2（n －2）/2 。
对这类分子的对称性与构型可从构象进行分析，可以有更深入的了解。 内消旋酒石酸可有三种较为稳定的构象异构体：
O H H C O O H O H C O O H
H
H
C O O H
O O H C O O H
H
H H
O H O H
H
HO O C
有对称中心，无旋光 一对构象对映体，很快互变，无旋光性
4、含假不对称碳原子的分子
当一个碳上连有两个具有相同取代的手性碳原子时，则该碳原子称为假不对称碳原子。如：2，3，4－三羟基戊二酸分子，其C3称为假不对称碳原子。
H C O O H O H
C O O H
H
O H H O H H
C O O H
O H C O O H O H H O H C O O H
H
C O O H H O H H
H
C O O H
O H C O O H H HO R S
r R S
s
HO HO H H HO
R
S
S
R
非对映体 对映体
C3上连有带相同取代基的手性碳原子---C2和C4，当两个手性碳的构型不同时，分子具有平面对称因素，没有手性，C3的构型用r ，s 命名；若两个手性碳的构型相同，分子是手性的。对该类分子，有两个内消旋体，一个外消旋体，因此，含奇数碳原子的这类分子，共有2（n －1）个立体异构体。
3.4 不含手性碳原子化合物的立体化学
一个分子是否具有手性，取决于分子实体是否能与镜像重合。有些分子不含手性碳（手性中心），但也有手性，分子中存在手性轴、手性面等手性因素。 1、 丙二烯型化合物
当丙二烯分子中两端碳上各连有二个不同基团时，其关系相当于延长了的甲烷分子中四个基团的关系，它们形成的平面两两垂直并平分对面角。
两个π键相互垂直，当a 、b 两基团不同时，分子失却了对称面和对称中心，分子有一手性轴，分子有手性，有旋光性。
如：密尔斯（Mills ，W.H.）于1935年合成的1，3-二苯基-1，3-二（α-萘基）丙二烯
C 6H 5
C 6H 5
C 6H 5C 6H 5
C
C
C
C
C
C
C 10H 7
C 10H 7
C 10H C 10H 7
(±)
当任何一个碳上连有两个相同基团时，分子有一对称面，分子无手性。
如果两个双键分别用一个或两个环代替，所得的环外烯烃或螺环化合物也应具有手性，有旋光性。
如：
C O O
H
C
C3
HO O C
H
H H
3
H
O O H
HO O
H
O O H
(±)
2、联苯型化合物
当某些分子由于基团的空间位阻而使单键的自由旋转受到阻碍时，也会产生光活性异构体，称为阻转（位阻）异构现象（atropisomerism）。最早发现的是四个邻位都有大基团取代的联苯衍生物，由于基团的体积足够大，阻碍了苯环之间单键的旋转，因此，两个苯环位于不同平面，当每个苯环上连有两个不同基团时，就会产生两个构型不同的对映体，成为手性分子，具有了旋光性。
如：
2
2
2
一般地，当联苯的四个邻位取代基半径之和较大时，则可能存在一对对映体，典型的基团大小顺序为：I>Br>CH3>Cl>NO2>NH2~COOH>OH>F>H，只要两个基团的半径之和大于F和COOH的半径之和，就会使单键旋转受阻，其对映体就会稳定存在。否则，就会发生消旋化。
其它类似的阻转异构现象有双芳核化合物、柄型化合物、螺旋化合物等。
双芳核化合物
O
H
H
HO O
1，1’－联萘－2，2’－二甲酸
柄型化合物：
分子的手性取决于R的大小和n的数目，当R=COOH时：n≥10，自动消旋化；n＝9，加热时慢慢消旋化；n≤8，有对映体，是手性分子。
以上化合物不具有手性中心，但具有手性轴。
螺旋型化合物：
螺环烃是一类有趣的不具有手性碳的分子，可看作是苯环邻位稠和而成的类似螺旋的结构，由于末端苯环的相互排斥而呈右手螺旋、左手螺旋结构。
六螺烯的旋光能力惊人，旋光度为37000，结构呈螺旋形，没有对称面和对称中心。是一种具有手性面的化合物。
3、含其它不对称原子的化合物
除碳以外的其它原子，如N、S、P、As等，当它们与四个不同的原子或基团相连时，也成为手性中心，具有旋光性。
如：
N：
R4
R1
R2
R3R
R21
R4
N
O
3
H3
O
N
P：
3
H7C
3
C6H5
3C H3C6H5
r-B r
66
H3
C6H5
C
膦（较稳定）季磷盐
S：
S
C 2H 5
H 3C H 2C O O H
C H 32H 5
HO O C C H 2
（较稳定）
4、 环状化合物的光活异构体
对环状化合物，其立体异构由于环的固定作用和特别的对称性往往同时具有顺反异构（构型非对映异构）和光学异构（构型对映异构）。
奇数环和偶数环的对称性不同，在奇数环中，由于两个取代基的位置不同，可以发生不同的异构现象。
三元环的衍生物： 相同取代基：
HO O
O O H
O O H
O O H
对映体
顺式：m.p = 139℃
m.p = 175℃,[α]D = ±84.50
不同取代基：
3
O H
HO O H 3
C 3
O O H
HO O H 3
顺式，对映体 反式，对映体
对偶数环，其对位上二取代，无论顺式或反式都没有光活性异构体存在，分子中有对称面，无手性。
如：
1，3－二取代环丁烷衍生物,分子中有一对称面，无手性。
O H
HO O
3
六员环衍生物：
1，2－取代：
H
H
C O O H
当取代基不同时，就有四种立体异构体，二对对映体。
1，3－取代同1，2－取代情况相同，有一个内消旋体和一对对映体
O O
H
HO O
C
C O O H
O O H
1，4－取代：与环丁烷的1，3－二取代情况相同。
环状化合物的手性可简单地从平面环直接判断，其分析结果与构象分析结果相同。 如：顺-1，2-二甲基环己烷
(1
)
(2)
构象对映体 构象转换体
(4)
（1）的对映体（2）通过构象转换得（3），绕轴转动1200，得到的（4）与
（1）相同，因此，（1）与（2）的关系实际是构象转换体，而不是对映体。 反-1，2-二甲基环己烷从平面分析有光学活性，其构象分析为：
S S
S
S
S
ee
构象转换体
ee 与aa 为构象转换体，不能分离；ee 为优势构象；两个ee ，两个aa 互为对映体，是一对光活异构体。
因此，从构象分析得到的结果与平面分析结果相同，可从平面结构直接进行分析。
3.5 外消旋体的拆分
许多旋光性物质都是从自然界中分离得到的，合成化学虽然可以合成旋光性物质，但在大多数情况下，合成地常常是外消旋体。为了得到光活性的对映体，需要把外消旋体拆分开来——外消旋体的拆分。通常有以下几种拆分方法。 1、化学法
由于外消旋体在非手性条件下的理化性质相同，普通的分离方法无能为力。因此，将外消旋体与一个光活性试剂作用后生成两个非对映异构体，利用非对映异构体不同的物理性质进行分离，然后将两个对映体复原。这种能拆分外消旋体的光活性试剂称拆分剂。一般地，外消旋体是酸的拆分剂是光活性的碱，外消旋碱的拆分剂是光活性的酸。如果外消旋体既不是酸，也不是碱，则可将化合物接上一个羧基后再进行拆分。
如：
D ，L 酸 + D 碱
D －酸－D －碱 分级结晶 D －D HCl D －酸 D －酸－L －碱 D －L HCl L －酸
O H
+
O
O
O
C O O H
（±） （±） 常用的拆分剂有奎宁、马钱子碱、酒石酸、樟脑磺酸等。 2、酶解法－生物化学法
酶对底物具有非常严格的空间选择性反应性能，或者说反应专一。如酵母对DL －氨基酸的乙酰化物的水解反应中，易于L －体反应而剩下D －异构体。 3、晶体接种法
在外消旋混合物的饱和溶液中，加入一种纯的对映体作为晶种，降温后，加入晶种的对映体首先结晶析出，母液浓缩后，再加入另一对映体的晶种……….如此反复进行以达到拆分的目的。如，工业上拆分谷氨酸。 4、柱层析法
利用光活性吸附剂与一对对映体形成的两个非对映吸附物，其稳定性不同，被吸附剂吸附的强弱不同而依次进行洗脱。 5、动力学拆分法
利用两个对映体与一个手性试剂的反应速度的不同而进行的拆分，反应速度快的对映体优先生成而剩下另一种对映体。如（－）金鸡钠碱与（－）－α－苯乙胺的反应速度比（+）－α－苯乙胺快。
拆分效果通常用旋光纯度（O.P ）或对映体过量（e.e ）表示。 旋光纯度（Optical purity ）：
不含对映体及杂质的一种对映体称旋光纯化合物，其O.P ＝100％，外消旋体的O.P ＝0％，O.P ＝[α]样品 / [α]纯品×100％。 对映体过量（Enantiomeric excess ）:
一种对映体超过另一种对映体的百分率。
e.e ＝ [R]－[S] / [R]+[S] ×100％＝[R]％－[S]％ 在实验无误差时，O.P ＝e.e 3.6 不对称合成
取得旋光纯化合物的另一方法是利用有机反应的选择性使合成产物几乎接近于一个纯的（+）或（－）化合物——不对称合成。在很多反应中，反应具有立体选择性或专一性，如，烯烃的亲电加成、不饱和烃的催化氢化、卤代烃的S N 2发应、羰基的还原与亲核加成反应等。（后叙）
第三章 传质分离过程 3-2 正戊烷（T b = 36.1℃）和正己烷（T b = 68.7℃）的溶液可以认为是理想溶液，已知两个纯组分的饱和蒸汽压（汞压差计示数，mm ）和温度（℃）的关系如下： 正戊烷 0 .2321065852.6lg 01+-=t p 正己烷 4 .2241172878.6lg 02+-=t p 试计算该二组分溶液的气-液平衡关系（用y-x 函数关系表示）。 解： C t b 4.522 7.681.36=+= 11.30.2324.521065852.60.2321065852.6lg 01=+-=+- =t p mmHg p 128001= 64.24 .2244.521172878.64.2241172878.6lg 02=+-=+-=t p mmHg p 44002= 91.2440128002 01===p p α x x y 91.1191.2+= 3-3 已知正戊烷和正己烷的正常沸点，若不用相对挥发度的概念，该二组分溶液在p = 101.3kPa 时y-x 关系如何计算，请写出计算过程。 提示：以泡点方程和露点方程表示。 3-4 乙醇和甲乙酮是非理想溶液。已知乙醇的正常沸点是78.3℃，甲乙酮的正常沸点是79.6℃，在常压时该二组分溶液有一个最低沸点74℃，共沸组分是乙醇和甲乙酮各占50%（摩尔百分数）。已知乙醇和甲乙酮的饱和蒸气压（汞压差计示数，mm ）和温度（℃）的关系如下： 乙醇 7 .2221554045.8lg 01+- =t p 甲乙酮 2161210974.6lg 02+-=t p 试作出该非理想二组分溶液的气液平衡相图。 解：设乙醇为A ，甲乙酮为B （1）求恒沸点的r 74℃下：81.27 .222741554045.87.2221554045.8lg 0=+-=+-=t p A mmHg p A 8.6410=
第六章 立体化学 （参考第三章立体化学基础） 6.2 下列化合物中，哪个有旋光异构？标出手性碳，写出可能有的旋光异构体的投影式，用R ，S 标记法命名，并注明内消旋体或外消旋体。 a. 2－溴代－1－丁醇 b. α,β－二溴代丁二酸 c. α,β－二溴代丁酸 d. 2－甲基－2－丁烯酸 参考答案： a.CH 2CH 2CH 2CH 3 OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3( R )( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b.HOOCCH CH Br COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH Br COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S )( 2R,3R )COOH Br H CH 3H Br a.CH 2CH 2CH 2CH 3 OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3( R )( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b.HOOCCH CH COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH Br COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S ) ( 2R,3R )COOH Br H CH 3H Br a.CH 2CH 2CH 2CH 3OH Br CH 2OH H Br COOH H Br COOH H Br CH 2CH 3 ( R ) ( 2R,3R )CH 2OH Br H CH 2CH 3( S )b. HOOCCH CH Br COOH Br ( meso- )COOH H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br ( 2S,3S )c.H 3CCH Br CH COOH COOH H Br CH 3H Br COOH Br H COOH Br H COOH H Br COOH Br H ( 2S,3R )( 2R,3S )( 2S,3S )( 2R,3R ) COOH Br H CH 3H Br d. CH 3C=CHCOOH CH 3 ( 无 ) 6.3 可待因是有镇咳作用的药物，但有成瘾性，其结构式如下，用*标出分子中的手性碳原子，理论上它可有多少旋光异构体？ 参考答案：有5个手性碳原子 O HO OCH 3 N CH 3 * * * ** 理论上它可有25=32个旋光异构体 6.5 分子式是C 5H 10O 2的酸，有旋光性，写出它的一对对映体的投影式，并用R,S 标记法命名。 参考答案： COOH H CH 3 CH 2CH 3 ( R ) COOH H 3C H CH 2CH 3( S ) C 5H 10O 2
第五章 立体化学基础（手性分子） 一、选择题 1．下列化合物具有旋光性的是( )。 CH 2OH HO H 2OH 3 H A ． B ． C ． D ． 3 3COOH H 2．3-氯-2,5-二溴己烷可能有的对映体的个数是( )。 A ．3对 B ．1对 C ．4对 D ．2对 3．下列羧酸最稳定的构象是( )。 COOH CH 3H 3C H 3C COOH CH 3A ．B ． C ． D ． 4．下列化合物构型为S 型的是( )。 A ． B ． C ． D ．CH 3 Br H 2 CH 3 HO H 2CH 3 CH 2OH Cl H COOH HO H 2OH 5．具有手性碳原子，但无旋光活性的是( )。 A.E-1,2-二甲基环丁烷 B.Z-1,2-二甲基环丁烷 C.1,2-二氯丁烷 D.1,3-二氯丁烷 E.1,4-二氯丁烷 6．下列化合物的绝对构型为( )。 COOH H OH 2CH 3 A ． B ． C ． D ．D-L-R-S-型 型型型 7．下列化合物构型为S 型的是( )。 A ． B ． C ． D ．CH 3 Br H 2 CH 3 HO H 2CH 3 CH 2OH Cl H COOH HO H 2OH 8．下列互为对映体的是( )。 H HO COOH H OH COOH H OH H COOH H HOOC OH H HO COOH OH H COOH HO COOH (1)(3) (4) (2)(1)(3)(4)(2)(1)(3)(2)和和和和(3)A ． B ． C ． D ． 9．3R ，4R-3，4-二苯基戊酸的最稳定构象是( )。
第三章 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。 答：上升， 原因：粘度上升，尘降速度下降； 体积流量上升，停留时间减少。 3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3) (4-= s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小，
压强增加，p nRT V =，所以气体的体积流量减小， 气体的停留时间 A V L u L t s /==，气体体积流量减小，故停留时间变大。 最小粒径在斯托克斯区)(18min ρρμ-=s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减小。 4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 答：小于，小于 5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数： 1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，可得上述结果。 6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m ，则切向速度u t = m/s 。 答：17.1m/s 7．对板框式过滤机，洗涤面积W A 和过滤面积A 的定量关系为 ，洗水走过的
化工原理分章试题与解答第三章
第三章 一、填空题 1．某颗粒的重力沉降服从斯托克斯定律，若在水中的沉降速度为u 1,在空气中为u 2，则u 1 u 2；若在热空气中的沉降速度为u 3，冷空气中为u 4，则u 3 u 4。(＞，＜，＝) 答：μρρ18)(2-=s t g d u ，因为水的粘度大于空气的粘度，所以21u u < 热空气的粘度大于冷空气的粘度，所以43u u < 2．用降尘室除去烟气中的尘粒，因某种原因使进入降尘室的烟气温度上升，若气体质量流量不变，含尘情况不变，降尘室出口气体含尘量将 （上升、下降、不变），导致此变化的原因是1） ；2） 。 答：上升， 原因：粘度上升，尘降速度下降； 体积流量上升，停留时间减少。 3．含尘气体在降尘室中除尘，当气体压强增加，而气体温度、质量流量均不变时，颗粒的沉降速度 ，气体的体积流量 ，气体停留时间 ，可100%除去的最小粒径min d 。（增大、减小、不变） 答：减小、减小、增大，减小。 ρξρρ3) (4-=s t dg u ，压强增加，气体的密度增大，故沉降速度减小， 压强增加， p nRT V =，所以气体的体积流量减小，
气体的停留时间A V L u L t s /== ，气体体积流量减小，故停留时间变大。 最小粒径在斯托克斯区 )(18min ρρμ-= s t g u d ，沉降速度下降，故最小粒径减 小。 4．一般而言，同一含尘气以同样气速进入短粗型旋风分离器时压降为P 1，总效率为1η，通过细长型旋风分离器时压降为P 2，总效率为2η，则：P 1 P 2， 1η 2η。 答：小于，小于 5．某板框过滤机恒压操作过滤某悬浮液，滤框充满滤饼所需过滤时间为τ，试推算下列情况下的过滤时间τ'为原来过滤时间τ的倍数： 1）0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 2）5.0=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 3）1=s ，压差提高一倍，其他条件不变，τ'= τ； 1）0. 5；2）0.707；3）1 s p -?∝1)/(1τ，可得上述结果。 6．某旋风分离器的分离因数k=100，旋转半径R=0.3m ，则切向速度u t = m/s 。 答：17.1m/s
第三章立体化学 Stereochemistry Contents 3.1 对称性与对称因素(2) 1、平面对称因素 2、中心对称因素 3、简单轴对称因素 4、反射对称因素 3.2 旋光性与对映异构(4) 1、物质的旋光性 2、旋光性与分子手性 3.3 含手性碳原子化合物的立体化学 1、含一个手性碳原子的分子 2、含两个不同手性碳原子的分子 3、含两个相同手性碳原子的分子 4、含假不对称碳原子的分子 3.4 不含手性碳原子化合物的立体化学 1、丙二烯型化合物 2、联苯型化合物 3、含其它不对称原子的化合物 4、环状化合物的光活异构体 3.5 外消旋体的拆分 *3.6 反应中的立体化学 在有机化学中广泛存在着同分异构现象。1832年，柏采利里乌斯根据实验事实建议：把具有相同组成而具有不同性质和晶形的物质称同分异构物质。1861年，布特列洛夫的结构学说说明了产生同分异构的原因是由于化学结构的不同；1874年，范特荷夫和勒贝尔的碳四面体概念奠定了立体化学基础，说明了物质的旋光性。 构造异构（Constitution isomerism）：有机分子中，原子相互连接的次序不同而产生的异构现象。 立体异构（Stereoisomerism）：分子中原子的连接次序相同，但空间的排布方式不同而呈现的异构现象。 碳胳异构：碳链不同 构造异构—位置异构：官能团的位置不同 官能团异构：官能团不同 互变异构：不同官能团迅速互变达到平衡，如烯醇与 酮式结构的互变 同分异构—— 顺反异构：双键或环的存在使分子中某 些原子在空间排布不同 构型异构—对映异构：分子具有手性 立体异构—— 构象异构：由于C—C键旋转而使分子在空间中呈现 不同形象 立体异构涉及到分子的几何形象，而分子的几何形象对其物理性质和化学性质有时具有非常惊人的影响。如碳的不同同素异形体，无定形碳、石墨、金刚石、足球烯，具有完全不同的几何形象，其外观、物理和化学性质完全不同。分子几何形象的微少差别对自然界及生命现象都起着难以估计的影响，绝大多数生命及生理化
试题： 球形颗粒在静止流体中作重力沉降，经历________和_______两个阶段。 沉降速度是指_______阶段，颗粒相对于流体的运动速度。 答案与评分标准 加速运动 等速运动 等速运动 （每个空1分，共3分） 试题： 在滞留区，球形颗粒的沉降速度t u 与其直径的______次方成正比；而在湍流区，t u 与其直径的______次方成正比。 答案与评分标准 2 1/2 （每个空1分，共2分） 试题： 降尘室内，颗粒可被分离的必要条件是_____________________________；而气体的流动应控制在__________________流型。 答案与评分标准 气体在室内的停留时间θ应≥颗粒的沉降时间t θ。(2分) 滞流 （1分） （共3分） 试题： 在规定的沉降速度t u 条件下，降尘室的生产能力只取决于_____________而与其__________________无关。 答案与评分标准 降尘室底面积 (2分) 高度 （1分） （共3分） 试题： 过滤常数K 是由__________及___________决定的常数；而介质常数e q 与e θ是反映________________的常数。
物料特性 过滤压强差 过滤介质阻力大小 试题： 过滤操作有________和___________两种典型方式。 答案与评分标准 恒压过滤 恒速过滤 试题： 在重力场中，固体颗粒在静止流体中的沉降速度与下列因素无关的是（ ）。 （A ）颗粒几何形状 （B ）颗粒几何尺寸 （C ）颗粒与流体密度 （D ）流体的流速 答案与评分标准 (D) 试题： 含尘气体通过长4m ，宽3m ，高1m 的降尘室，已知颗粒的沉降速度为0.25m/s ，则降尘室的生产能力为（ ）。 （A ）3m 3/s （B ）1m 3/s （C ）0.75m 3/s （D ）6m 3/s 答案与评分标准 (A) 试题： 某粒径的颗粒在降尘室中沉降，若降尘室的高度增加一倍，则该降尘室的生产能力将（）。 （A ）增加一倍 （B ）为原来的1/2 （C ）不变 （D ）不确定 答案与评分标准 (C) 试题： 粒径分别为16m μ和8m μ的两种颗粒在同一旋风分离器中沉降，沉降在滞流区，则两种颗粒的离心沉降速度之比为（）。 （A ）2 （B ）4 （C ）1 （D ）1/2
第三章传热 基本要求 1. 掌握的内容：（1）热传导基本原理，一维定常傅里叶定律及其应用，平壁及园筒壁一维定常热传导计算及分析；（2）对流传热基本原理，牛顿冷却定律，影响对流传热的主要因；。（3）无相变管内强制对流传热系数关联式及其应用，Nu、Re、Pr、Gr等准数的物理意义及计算，正确选用对流传热系数计算式，注意其用法、使用条件；（4）传热计算：传热速率方程与热负荷计算，平均传热温差计算，总传热系数计算及分析，污垢热阻及壁温计算，传热面积计算，加热与冷却程度计算，强化传热途径。 2. 熟悉的内容：（1）对流传热系数经验式建立的一般方法；（2）蒸汽冷凝、液体沸腾对流传热系数计算；（3）热辐射基本概念及两灰体间辐射传热计算；（4）列管式换热器结构特点及选型计算。 3. 了解的内容：（1）加热剂、冷却剂的种类及选用；（2）各种常用换热器的结构特点及应用；（3）高温设备热损失计算。 思考题 1．传热速率方程有哪几种？各有什么特点？分别写出它们的表达式并指出 相应的推动力和热阻。 2．何谓热负荷与传热速率？热量衡算式与速率方程式的差别是什么？ 3．如图所示为冷热流体通过两层厚度相等的串联平壁进行传热时的温度分 布曲线，问： （1）两平壁的导热系数1与2哪个大？（2）间壁两侧的传热膜1与 哪个大？（3）若将间壁改为单层薄金属壁，平均壁温接近哪一侧流体的温度？ 2 4．试分别用傅立叶定律、牛顿冷却定律说明导热系数及对流传热系数的物理意义，它们分别与哪些因素有关？ 5．在什么情况下，管道外壁设置保温层反而增大热损失？ 6．在包有内外两层相同厚度保温材料的圆形管道上，导热系数小的材料应包在哪一层，为什么？ 7．某人将一盘热水和一盘冷水同时放入冰箱，发现热水比冷水冷却速度快，如何解释这一现象？ 8．试述流动状态对对流传热的影响？ 9．分别说明强制对流和自然对流的成因，其强度用什么准数决定？ 10．层流及湍流流动时热量如何由管壁传向流体，试分别说明其热量传递机理。 11．某流体在圆管内呈湍流流动时，若管径减小至原管径的1/2，而流量保持不变，忽略出口温度变化对物性的影响，问管内对流传热系数如何变化？ 12．水在管内作湍流流动时，若流速提高为原流速的2倍，则对流传热系数如何变化（忽略出口温度变化对物性的影响）；若以空气代替水，其他条件不变，则对流传热系数是增大还是减小？ 13．一根很长的水平光滑管用来加热流经管内湍流流动的流体，管壁维持恒温，若流量增加至使单位长度管压降增加1倍，则对流传热系数将增加多少？ 14．若传热推动力增加1倍，试求在下述流动条件下传热速率增加多少倍？ （1）圆形管内强制湍流；（2）大容器内自然对流；（3）大容器内饱和沸腾；（4）蒸汽膜状冷凝。 15．为什么滴状冷凝的对流传热系数要比膜状冷凝的对流传热系数高？ 16．膜状冷凝时雷诺数如何定义？ 17．气体与固体壁面之间、液体与固体壁面之间、有相变流体与固 体壁面之间的对流传热系数的数量级分别为多大？ 18．热辐射与其他形式的电磁辐射有什么不同？ 19．何谓黑体、灰体、镜体、透热体？ 20．如图所示，管道内有一温度计套管，内插温度计测量管内流动 的高温气体的温度，试问：（1）温度计所示温度与流体实际温度相同吗？ 哪个大？（2）为减少测量误差可采取哪些措施？ 21．设备保温层外常包有一层薄金属皮，为减少热辐射损失，此层 金属皮的黑度值是大好还是小好？其黑度值与材料的颜色、光洁度的关系又是如何？
沉降与过滤一章习题及答案 一、选择题 1、一密度为 7800 kg/m3的小钢球在相对密度为 1.2 的某液体中的自由沉降速度为在20℃水中沉降速度的 1/4000，则此溶液的粘度为（设沉降区为层流）。D A ? 4000mPa·s；B ? 40mPa·s； C ? 33.82Pa·s； D ? 3382mPa·s 2、含尘气体在降尘室内按斯托克斯定律进行沉降。理论上能完全除去30μm的粒子，现气体处理量增大 1 倍，则该降尘室理论上能完全除去的最小粒径为。D A．2?30μm；B。1/2?3μm；C。30μm；D。2?30μm 3、降尘室的生产能力取决于。 B A．沉降面积和降尘室高度；B．沉降面积和能 100%除去的最小颗粒的沉降速度； C．降尘室长度和能 100%除去的最小颗粒的沉降速度；D．降尘室的宽度和高度。 4、降尘室的特点是。D A．结构简单，流体阻力小，分离效率高，但体积庞大； B．结构简单，分离效率高，但流体阻力大，体积庞大； C．结构简单，分离效率高，体积小，但流体阻力大； D．结构简单，流体阻力小，但体积庞大，分离效率低 5、在降尘室中，尘粒的沉降速度与下列因素无关。C A．颗粒的几何尺寸B．颗粒与流体的密度 C．流体的水平流速；D．颗粒的形状 6、在讨论旋风分离器分离性能时，临界粒径这一术语是指。C A.旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径; B.旋风分离器允许的最小直径; C.旋 风分离器能够全部分离出来的最小颗粒的直径; D.能保持滞流流型时的最大颗粒直径 7、旋风分离器的总的分离效率是指。D A.颗粒群中具有平均直径的粒子的分离效率; B.颗粒群中最小粒子的分离效率; C.不同粒级(直径范围)粒子分离效率之和; D.全部颗粒中被分离下来的部分所占的质量分率 8、对标准旋风分离器系列，下述说法哪一个是正确的。C A．尺寸大，则处理量大，但压降也大；B．尺寸大，则分离效率高，且压降小；C．尺寸小，则处理量小，分离效率高；D．尺寸小，则分离效率差，且压降大。 9、恒压过滤时，如滤饼不可压缩，介质阻力可忽略，当操作压差增加 1 倍，则过滤速率为原来的。 B A.1倍； B.2倍； C.2倍； D.1/2 倍 10、助滤剂应具有以下性质。B A.颗粒均匀、柔软、可压缩 B.颗粒均匀、坚硬、不可压缩; C.粒度分布广、坚硬、不可压缩; D.颗粒均匀、可压缩、易变形 11、助滤剂的作用是。B A．降低滤液粘度，减少流动阻力； B．形成疏松饼层，使滤液得以畅流； C．帮助介质拦截固体颗粒； D．使得滤饼密实并具有一定的刚性 12、下面哪一个是转筒真空过滤机的特点。B A．面积大，处理量大；B．面积小，处理量大；C．压差小，处理量小；D．压差大，面积小 13、以下说法是正确的。B A.过滤速率与 A(过滤面积)成正比; B.过滤速率与 A2成正比; C.过滤速率与滤液体积成正比; D.过滤速率与滤布阻力成反比 14、恒压过滤，如介质阻力不计，过滤压差增大一倍时，同一过滤时刻所得滤液量。C A.增大至原来的 2 倍; B.增大至原来的 4 倍; C.增大至原来的倍; D.增大至 原来的 1.5 倍
第三章机械分离 一、名词解释（每题2分） 1. 非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式 3. 球形度 s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4. 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5. 临界直径dc 离心分离器分离颗粒最小直径 6．过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 9. 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二、单选择题（每题2分） 1、自由沉降的意思是_______。 Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计 Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度 Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。 Ａ等速运动段的颗粒降落的速度 Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度 Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度 B 3、对于恒压过滤_______。 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的?2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D 当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍 D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___ 。 Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍 Ｄ增大至原来的倍
第三章 机械分离 一、名词解释（每题2分） 1. 非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2. 斯托克斯式 r u d u t s r 2 218)(?-=μρρ 3. 球形度s ? 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值 4. 离心分离因数 离心加速度与重力加速度的比值 5. 临界直径dc 离心分离器分离颗粒最小直径 6．过滤 利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作 7. 过滤速率 单位时间所产生的滤液量 8. 过滤周期 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 9. 过滤机生产能力 过滤机单位时间产生滤液体积 10. 浸没度 转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 二、单选择题（每题2分） 1、自由沉降的意思是_______。 Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计 Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度 Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用 Ｄ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程 D 2、颗粒的沉降速度不是指_______。 Ａ等速运动段的颗粒降落的速度 Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度 Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度 Ｄ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度 B
3、对于恒压过滤_______。 A 滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的√2倍 B 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C 滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D 当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得滤液量___ 。 Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍 Ｄ增大至原来的1.5倍 C 5、以下过滤机是连续式过滤机_______。 Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机 Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机 C 6、过滤推动力一般是指______。 Ａ过滤介质两边的压差Ｂ过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差 Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B 7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作：______。 Ａ转鼓本身Ｂ随转鼓转动的转动盘 Ｃ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ分配头 D 8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为______。 A d p＝6V/A此处V为非球形颗粒的体积，A为非球形颗粒的表面积 B d p＝(6V/π)1/3 C d p＝(4V/π)1/2 D d p＝(kV/π)1/3 (k为系数与非球形颗粒的形状有关) B 9、在讨论旋风分离器分离性能时，分割直径这一术语是指_________。 Ａ旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径 Ｂ旋风分离器允许的最小直径 Ｃ旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径 Ｄ能保持滞流流型时的最大颗粒直径 C 10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度__________。 Ａ只与d p, ρp, ρ,u T, r, μ有关Ｂ只与d p，ρp，u T，r有关 Ｃ只与d p，ρp，u T，r，g有关Ｄ只与d p，ρp，u T，r，k有关 （题中u T气体的圆周速度，r 旋转半径，k 分离因数）A 11、降尘室没有以下优点______________。 Ａ分离效率高Ｂ阻力小 Ｃ结构简单Ｄ易于操作A 12、降尘室的生产能力__________。 Ａ只与沉降面积A和颗粒沉降速度u T有关 Ｂ与A，u T及降尘室高度H有关 Ｃ只与沉降面积A有关 Ｄ只与u T和H有关 A
“化学工程基础”第三章热量传递复习题及答案 一、填空题 1. 牛顿冷却定律的表达式为_________，给热系数（或对流传热系数）α的单位是_______。***答案*** q=αA△t ；W/（m 2.K） 2. 在列管式换热器中,用饱和蒸气加热空气,此时传热管的壁温接近________流体的温度,总传热系数K接近______流体的对流给热系数. ***答案*** 蒸气；空气 3. 热量传递的方式主要有三种:_____、_______、__________. ***答案*** 热传导；热对流；热辐射。 4．强化传热的方法之一是提高K值. 而要提高K值,则应提高对流传热系数_______________________. ***答案***较小一侧的给热系数。 5. 影响给热系数α的因素有＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 流体种类、流体性质、流体流动状态和传热壁面的几何尺寸 6. 厚度不同的三种材料构成三层平壁,各层接触良好,已知b1>b2>b3;导热系数λ1<λ2<λ3。在稳定传热过程中，各层的热阻R1______R2______R3;各层导热速率Q___Q___Q。***答案*** R1>R2>R3；Q1=Q2=Q3 7. 一包有石棉泥保温层的蒸汽管道，当石棉泥受潮后，其保温效果应＿＿＿＿＿＿，主要原因是＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。 ***答案*** 降低；因水的导热系数大于保温材料的导热系数，受潮后，使保温层材料导热系数增大，保温效果降低。 8. 用冷却水将一定量的热流体由100℃冷却到40℃，冷却水初温为15℃，在设计列管式换热器时，采用两种方案比较，方案Ⅰ是令冷却水终温为30℃，方案Ⅱ是令冷却水终温为35℃，则用水量W1＿＿W2，所需传热面积A1＿＿＿A2。 ***答案*** 大于；小于 9. 列管式换热器的壳程内设置折流挡板的作用在于___________________，折流挡板的形状有____________________，____________________等。 ***答案***提高壳程流体的流速, 使壳程对流传热系数提高,园缺形（弓形）,园盘和环形10. 在确定列管换热器冷热流体的流径时，一般来说，蒸汽走管______；易结垢的流体走管______；高压流体走管______；有腐蚀性流体走管______；粘度大或流量小的流体走管______。***答案*** 外；内；内；内；外。 11. 列管换热器的管程设计成多程是为了________________________；在壳程设置折流挡板是为了______________________________________。 ***答案*** 提高管程α值；提高壳程α值。 12. 有两种不同的固体材料，它们的导热系数第一种为λ1》第二种为λ2，若作为换热器材料，应选用_________种；当作为保温材料时，应选用__________种。 ***答案*** 第一；第二 13. 当水在圆形直管内作无相变强制湍流对流传热时，若仅将其流速提高1倍，则其对流传热系数可变为原来的_________倍。***答案*** 20.8 14. 沸腾传热中，保持__________沸腾是比较理想的。***答案*** 泡核 二、选择题（2分） 1. 穿过三层平壁的稳定导热过程，如图所示，试比较第一层的热 阻R1与第二、三层热阻R2、R3的大小( )。***答案*** C
第三章机械分离 一、名词解释（每题分）2 1.非均相混合物 物系组成不同，分布不均匀，组分之间有相界面 2.斯托克斯式 22(?d)u??t s?u?r?18r 球形度?3.s 非球形粒子体积相同的球形颗粒的面积与球形颗粒总面积的比值4.离心分离因数离心加速度与重力加速度的比值dc5.临界直径离心分离器分离颗粒最小直径6．过滤利用多孔性介质使悬浮液中液固得到分离的操作过滤速率7. 单位时间所产生的滤液量过滤周期8. 间歇过滤中过滤、洗涤、拆装、清理完成一次过滤所用时间 过滤机生产能力9. 过滤机单位时间产生滤液体积10.浸没度转筒过滤机浸没角度与圆周角比值 分）二、单选择题（每题2 。1、自由沉降的意思是_______Ａ颗粒在沉降过程中受到的流体阻力可忽略不计Ｂ颗粒开始的降落速度为零，没有附加一个初始速度Ｃ颗粒在降落的方向上只受重力作用，没有离心力等的作用DＤ颗粒间不发生碰撞或接触的情况下的沉降过程2、颗粒的沉降速度不是指。_______Ａ等速运动段的颗粒降落的速度Ｂ加速运动段任一时刻颗粒的降落速度Ｃ加速运动段结束时颗粒的降落速度BＤ净重力（重力减去浮力）与流体阻力平衡时颗粒的降落速度． 3、对于恒压过滤_______。 A滤液体积增大一倍则过滤时间增大为原来的?2倍 B滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的2倍 C滤液体积增大一倍则过滤时间增大至原来的4倍 D当介质阻力不计时,滤液体积增大一倍,则过滤时间增大至原来的4倍D 4、恒压过滤时，如介质阻力不计，滤饼不可压缩，过滤压差增大一倍时同一过滤时刻所得 。滤液量___Ａ增大至原来的2倍Ｂ增大至原来的4倍
2倍Ｃ增大至原来的Ｄ增大至原来的倍 1.5 C 5、以下过滤机是连续式过滤机_______。 Ａ箱式叶滤机Ｂ真空叶滤机 Ｃ回转真空过滤机Ｄ板框压滤机C 6、过滤推动力一般是指______。 Ｂ过滤介质两边的压差过滤介质与滤饼构成的过滤层两边的压差Ａ Ｃ滤饼两面的压差Ｄ液体进出过滤机的压差B 7、回转真空过滤机中是以下部件使过滤室在不同部位时，能自动地进行相应的不同操作： ______。 Ａ转鼓本身Ｂ随转鼓转动的转动盘 Ｃ与转动盘紧密接触的固定盘Ｄ分配头D 8、非球形颗粒的当量直径的一种是等体积球径，它的表达式为______。 ＝此处为非球形颗粒的体积，为非球形颗粒的表面积A A dV6V/A p＝1/3)(6V/Bd?p＝1/2 ?)dV(4C/p＝为系数与非球形颗粒的形状有关1/3)D?(k kV)B d(/p_________。9、在讨论旋风分离器分离性能时， 分割直径这一术语是指旋风分离器效率最高时的旋风分离器的直径Ａ旋风分离器允许的最小 直径Ｂ Ｃ旋风分离器能够50%分离出来的颗粒的直径ＤC能保持滞流流型时的最大颗粒直径 __________。10、在离心沉降中球形颗粒的沉降速度有关，，有关Ｂ只与Ａ只与，???r u d,,,u r,μd,TpTppp有关Ｃ只与，只与Ｄ，，，有关，，，，??u d drur g k TTpppp分离因数）旋转半径，气体的圆周速度，（题中k A u r T______________。11、降尘室没有以下优点Ｂ阻 力小分离效率高Ａ 易于操作结构简单ＣＤA。__________12、降尘室的生产能力有关只与沉降面积Ａ和颗粒沉降速度u A T有关Ｂ与及降尘室高度，uA H TＣ有关A只与沉降面积有关Ｄ和只与A uH T． 3转速滤液）。现将、回转真空过滤机的过滤介质阻力可略去不计，其生产能力为5m（/h13。则其生产能力应为____________度降低一半，其他条件不变,332.5m/h BA/h5m33D D/hC3.54m10m/h。％，宜选用的粒子。除尘效率小于7514、要除去气体中含有的5μ～50μB D电除尘器B旋风分离器C离心机A除尘气道。τ的关系为 ______________15、等压过滤的滤液累积量q与过滤时间