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1、 复杂复杂反应反应丙酮丙酮碘化碘化反应反应 姓名：何一白 学号：2012011908 班级：化 22 同组实验者姓名：苏剑晓 实验日期：2014.10.23 提交报告日期：2014.11.8 带课老师姓名：麻英 1 引言（简明的实验目的引言（简明的实验目的/原理）原理） 1.1 实验目的实验目的 1. 采用分光光度法测定用酸作催化剂时丙酮碘化反应的速率系数、反应级数和活化能。 2. 通过本实验加深对复合反应特征的理解。 3. 熟练掌握分光光度计的原理和使用方法。 1.2 实验原理实验原理 酸性溶液中，丙酮碘化反应是一个复合反应，其反应式为： + H+ 3 2332 (CH ) CO+ICH C
2、OCH I+H +2I （1） 该反应由 H+催化，而反应本身又能生成 H+，所以这是一个 H+自催化反应，其速率方程为： 3 + 3 -dc I -dc Adc E r =kcA cIcH dtdtdt （2） 式中：r反应速率；k速率系数； c A、 3 c I、 + c H、 c E分别为丙酮、碘、氢离子、碘 化丙酮的浓度， -3 mol dm；、分别为反应对丙酮、碘、氢离子的分级数。 反应速率、速率系数及反应级数均可由实验测定。因为 3 I在可见光区有一个比较宽的吸收带，而在这 个吸收带中，盐酸和丙酮没有明显的吸收，所以可以采用分光光度计测定光密度的变化（也就是 3 I浓度的 变化）来
3、跟踪反应过程。虽然在反应（1）中没有其它试剂吸收可见光，但却存在下列一个次要却复杂的 情况，即在溶液中存在 3 I、 2 I和I的平衡： I2+ II3 （3） 其中 2 I在这个吸收带中也吸收可见光。根据朗伯-比尔定律： D=Lc （4） 式中：D光密度（消光度） ；吸收系数；L比色皿的光径长度；c溶液的浓度。 含有 3 I和 2 I溶液的总光密度 D 可以表示为 3 I和 2 I两部分光密度的和，即： 323322 D= D I+D I= ILc I+ ILc I （5） 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一白 2 在特殊情况下，即波长 =565nm 时， 32 I= I ，上式变为 32
4、332 D= D I+D I= IL c I+c I （6） 也就是说，在 565nm 这一特定的波长条件下，溶液的光密度 D 与 3 I和 2 I浓度之和成正比。 因为 在一定的溶质、溶剂和固定的波长条件下是常数。使用固定的一个比色皿，L 也是一定的，所以 （6）式中，常数 3 IL 就可以由测定已知浓度碘溶液的光密度 D 而求出。 在本实验条件下，反应并不停留在一元碘化丙酮上，还会继续进行下去，因此反应中所用的丙酮和 酸的浓度应大大过量。这样，当少量的碘完全消耗后，反应物丙酮和酸的浓度可以认为基本保持不变。 且只要酸度不很高，丙酮卤化反应的速率与卤素的浓度和种类（氯、溴、碘）无关（在百分之
5、几误差范 围内） ，因而直到全部碘消耗完以前，反应速率是常数，即 3 + 3 -dc I dc E r = kcA cIcH= kcA cH= dtdt 常数 （7） 从（7）式可以看出，将 - 3 c I对时间 t 作图应为一条直线，其斜率就是反应速率 r。 1 为了测定反应级数，例如指数 ，至少需进行两次实验。在两次实验中丙酮的初始浓度不同 2 + H 和 3 I的初始浓度相同。由（7）式可得： + + kcA, cH , r = u rkcA, cH , （8） 可得到 r lg r = lgu （9） 同理可求出指数，： r lg r = lgw （10） V r lg r = lgx
6、 （11） 根据（2）式，由指数、反应速率和各浓度数据可以算出速率系数 k。由两个或两个以上温度的速率系 数，根据阿累尼乌斯公式 a -E /RT k = Ae （12） 可以估算反应的表观活化能 Ea。 2 实验操作实验操作 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一白 3 2.1 实验药品、仪器型号实验药品、仪器型号 计算机与接口1套；722S型分光光度计（比色皿2个）；恒温槽1套；10ml移液管1支；5ml刻度移液管3 支；5ml 移液管1 支；25ml 容量瓶1个；镊子；洗瓶。 0.02120 mol/L 碘溶液；1.436 mol/L HCl 溶液；3.372 mol/L 丙酮溶液 2.2
7、. 实验条件实验条件 温度 20.1，气压 102.4kPa，相对湿度 13%。 2.3. 实验操作步骤及方法要点实验操作步骤及方法要点 1. 检查仪器和药品。 2. 接通电源。 3. 开启恒温槽，检查水路是否通畅和漏水。 将装入已标定好的碘溶液、 丙酮溶液、 盐酸溶液的玻璃瓶放入恒温槽中恒温。 恒温槽温度设定在 20。 到达设定温度并恒定 10 分钟后开始实验。 4. 打开分光光度计电源开关， 波长调至 565nm， 预热一段时间后放入装有已恒温的去离子水的比色皿， 作为空白调零。 5. 测定 L 值。准确移取 2.5ml 碘溶液于 25ml 容量瓶中，用已恒温的去离子水稀释至刻度，摇匀，
8、润洗比色皿 3 次，然后将装有 2/3 溶液的比色皿置于样品室光路通过处，盖好盖子。更换碘溶液再重复测 定两次，取其平均值求 L 值。 6. 测定四种不同配比溶液的反应速度。四种不同溶液的配比见下表。 表 1 溶液的配比表 碘溶液 V/ml 丙酮溶液 V/ml 盐酸溶液 V/ml I（25） 5 5 5 II（25） 5 2.5 5 III（25） 5 5 2.5 IV（25） 7.5 5 5 V（35） 7.5 5 5 7. 按表中的量，准确移取已恒温的三种溶液于 25ml 容量瓶中（碘溶液最后加），用去离子水稀释至 刻度，摇匀，润洗比色皿 3 次，然后将装有 2/3 溶液的比色皿置于样品室
9、光路通过处，盖好盖子，同时利 用计算机或秒表（每隔 1min 或 2min 记录一次数据）开始记录吸光度值变化（如果分光光度计没有带恒 温水浴夹套注意只取反应开始一段时间的数据）。 8. 做完 20下的全部四个实验后，再升高恒温水浴温度到 30进行第五组的实验。 2.4. 注意事项注意事项 1. 实验时应当先加丙酮、盐酸溶液，最后加碘溶液。否则碘会先与丙酮发生反应。 2. 实验操作尽量迅速，如果将溶液在室温下放置会降温，导致反应温度不恒定。 3. 第一组数据是其余各组数据比较的参照组， 十分重要， 因此要等到温度充分稳定后， 最后一个测定。 3 结果与讨论结果与讨论 3.1 原始实验数据原始实
10、验数据 3.1.1 碘溶液吸光度碘溶液吸光度 表 2 碘溶液吸光度 第一组 第二组 平均值 吸光度 0.368 0.369 0.3685 3.1.2 不同条件下习惯度随时间的变化不同条件下习惯度随时间的变化 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一白 4 不同条件如下： 表 3 溶液的配比表 表 4 组 I 表 5 组 II 表 6 组 III 时间 吸光度 0 0.617 1 0.617 2 0.617 3 0.617 4 0.617 1016 0.291 1017 0.29 1018 0.29 1019 0.29 1020 0.289 表 7 组 IV 表 8 组 V 时间 吸光度 0 0.8
11、1 1 0.81 2 0.809 3 0.808 4 0.807 594 0.001 595 0.001 596 0.001 597 0.001 598 0.001 3.1.3 所用溶液浓度所用溶液浓度 丙酮：3.372mol/L 盐酸：1.436mol/L 碘液：0.02120mol/L 3.2 计算的数据、结果计算的数据、结果 3.2.1 计算计算 L 值值 碘溶液 V/ml 丙酮溶液 V/ml 盐酸溶液 V/ml I（25） 5 5 5 II（25） 5 2.5 5 III（25） 5 5 2.5 IV（25） 7.5 5 5 V（35） 7.5 5 5 时间 吸光度 0 0.625 1
12、 0.625 2 0.624 3 0.624 4 0.624 856 0.078 857 0.077 858 0.077 859 0.076 860 0.076 时间 吸光度 0 0.634 1 0.634 2 0.633 3 0.633 4 0.633 1196 0.251 1197 0.251 1198 0.251 1199 0.25 1200 0.25 时间 吸光度 0 0.903 1 0.903 2 0.903 3 0.902 4 0.902 1018 0.262 1019 0.262 1020 0.261 1021 0.261 1022 0.26 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一
13、白 5 经稀释后碘液浓度为 0.002120mol/L，因此， L = = 0.3685 0.002120 1 = 173.821 3.2.2 作出作出 A-t 图计算反应速率图计算反应速率 r 在前面实验原理中已经提到，本实验由于对碘为零级反应，是通过让酸和丙酮充分过量，从而使得反 应过程中反应速率基本不变，然后通过 A-t 关系求得反应速率 r。但是在初始阶段，由于加入不久可 能混合不够均匀，反应不够稳定，此段反应速率可能不准确，故可以酌情略去。而在反应后期，虽然 酸和丙酮过量，但是反应过程中还是有一定消耗，会使得反应速率略有下降，因此也可酌情略去。总 体上，取中段数据比较合理，反应速率比
14、较稳定，也比较准确。下面各组取的数据位置根据数据总的 组数略有不同， 总体上使用中间段。 第 5 组由于前后有较为明显的弯曲， 取中间线性比较好的 320-540s 段。 I.用 Origin 作出 A-t 图如下： 取中段 50-720 的数据，得到斜率为A =-0.000644558，R2= 0.999561598 II. 用 Origin 作出 A-t 图如下： 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一白 6 取中段 60-960 的数据，得到斜率为A = -0.000321904，R2= 0.999631857 III. 用 Origin 作出 A-t 图如下： 复杂反应丙酮碘化反应 化
15、22 何一白 7 取中段 50-900 的数据，得到斜率为A = -0.000324444，R2=0.999602501 IV. 用 Origin 作出 A-t 图如下： 复杂反应丙酮碘化反应 化 22 何一白 8 取中段 100-960 的数据，得到斜率为A = -0.000644629，R2= 0.999416926 V. 用 Origin 作出 A-t 图如下： 取中段 320-540 的数据，得到斜率为A = -0.001686206，R2= 0.999832412 根据斜率和之前计算的L值，可以求得： 表 9 各组反应速率 I II III IV V dA/dt -0.00064456 -0.00032190 -0.00032444 -0.00064463 -0.00168621 r(mol/(L s) 3.708E-06 1.852E-06 1.867E-06 3.709E-06 9.
