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1、实验六丙酮碘化反应动力学测定报告人：serafina实验时间2012年4月16日室温：15.9C大气压强：82.74KPa一. 实验目的掌握微分法确定反应级数的方法加深对复杂反应特征的理解了解分光光度法在化学动力学研究中的应用，掌握分光光度计的使用方法二. 实验原理丙酮碘化是一个复杂反应，其反应式为OIOI一 . H +C H 3 CC H 3+ I?C H 3CC H 2I + H+ +I-设丙酮碘化反应速率方程式为:dC(1)r = - = kC a , C p - C 丫dtCH 3COCH 3 HCL 12式中：r为丙酮碘化的反应速率，k为反应速率常数，指数a、。和y分别 为丙酮，酸和
2、碘的分级数。本实验采用改变物质比例的微分法，设计若干组实验，若一组实验保持丙 酮和酸的浓度不变，将碘的浓度改变m倍测其反应速率，以确定碘的分级数y。另一组实验保持丙酮和碘的浓度不变，将酸的浓度加大m倍，可确定出酸的分rjlg m级数。同法可确定出丙酮的分级数以。所依据的计算公式为(2)式中：nB为所求组分的分级数，七和r.为有关两组实验的反应速率，m为 浓度改变的倍数。通过分光光度测定碘浓度随时间的变化来量度反应进程，根据朗伯比耳定 律，碘溶液对单色光的吸收遵守下列关系式：A=- ks LC&t-B上式中的ks LCACh s L可通过测定一定浓度的碘溶液的吸光度A带入式中求得。做A-t图，直
3、线的斜率可求出丙酮碘化反应速率常数K值。丙酮标准液(2000mol*7HCl 标准液(1.000mol*L-1)I2 标准液(0.01mol*L-1)三. 仪器及药品721分光光度计1套秒表1块锥形瓶（50ml）5个刻度移液管（10ml） 4支实验步骤仪器准备：实验前先打开光度计预热。1标准曲线法测定摩尔吸光系数s。（每组配一种浓度，共5个浓度，在一台仪器上测出吸光度，数据共享）丙酮碘化过程中吸光度的测定：迅速混合，每隔1分钟记录光度计读数，记录至少15分钟。记住最后加丙酮！五、实验数据处理摩尔吸光系数的测定（所用比色皿的b=2cm）碘瓶编号体积 mL/50mL浓度mol/L吸光度A1#60.
4、00120.1892#100.0020.3183#120.00240.3684#160.00320.4945#200.0040.617丙酮0. 70. 60. 50.4采口.3& 0. 2碘化过程标准曲线y = 152. llx+0. 0078RA2 = 0. 9994中吸光度的测定碘瓶编号n nn1# n nni nnm 5 2# nrp n nnn 3#z n nnzRn nnrTi nn-d 5（n碘溶篦U . U U U U U U U 1 u .12U U 1 U U U U j u u u121212；U . U U T. U . U U T. u 取度 6mol/L)（mHCI溶
5、液 1L）6121212H2O(mL)20201426丙酮溶液（mL）126126C(I2)/mol*L-10.00240.00240.00240.0012C(HCl)/mol*L-10.1200.2400.2400.240C(丙酮)/ mol*L-10.4800.2400.4800.240A（ 反应开 始后测 定一次/分）10.3400.3360.3220.17120.3360.3320.3090.16430.3280.3200.2930.15640.3200.3110.2770.14750.3090.3010.2590.13760.2980.2920.2400.12870.2870.284
6、0.2210.11780.2760.2750.2020.10690.2650.2650.1800.095100.2540.2540.1560.083110.2410.2430.1350.071120.2260.2300.1110.058130.2130.2200.0860.044140.2020.2090.0630.031150.1880.1950.0380.017吸光度与反应时间的关系图168 bc b=2cm e = A/bc=76.06L* Mo-1*cm-i2. 利用丙酮碘化过程中吸光度的测定数据，以A对t作图，求得四条直线， 由各直线斜率分别计算反应速率r , r , r , r，由
7、公式计算r=-(dA/dt)/ (e b) 1234计算得：ri=7.36 x 10-5mol*L-1*min-1, r2=6.64 10-5mol*L-1*min-1r3=1.35 x 10-4mol*L-1*min-1, r4=7.23 x 10-5mol*L-1*min-13. 由n =(lg(r/r)/lgm式计算丙酮，酸和碘的分级数，建立丙酮碘化反应速 B j率方程式；a =(lg(r3/r2)/lg2=1.02P =(lg(r3/r1)/lg2=0.875 Y =(lg(r4/r2)/lg2-1=-0.12r=-dC /dt=-dCI /dt=kC 1.02 C 0.875 CI
8、-0.12 Ar A H 24. 分别计算1、2、3、和4号瓶中丙酮 和酸的初始浓度，再才根据 -dCA/dt=-dCI2/dt= kCAa Ch+ CI2Y式计算四种不同初始浓度的反应速率常数，求其 平均值a =1.02 1P =0.875 1 Y =-0.12 0 r =kCACHki=1.28 x 10-3dm3*mol-1*min-1, k2=1.15x 10-3dm3*mol-1* min-1k3=1.17x 10-3dm3*mol-1* min-1 , k4=1.26 x 10-3dm3*mol-1* min-1k(average)=1.22 x 10-3dm3*mol-1* mi
9、n-1六、思考题1. 动力学实验中，正确计算时间是很重要的实验关键。本实验中，将丙酮溶 液加入盛有I2和HCl溶液的碘瓶中时，反应即开始，而反应时间却以溶液混合 均匀并注入比色皿中才开始计时，这样做对实验结果有无影响，为什么？答：由朗伯比尔定律得：lg T = K V + B若延迟时间t开始计时，则： lg T = K dC AC (t + C ) + B = K dC AC t + B 即， 由于K dC ACh +为常数，所以计时不准，只影响曲线的截距，不影响曲线的斜率，而反应速度常数K是通过曲线的斜率求出，因此对计算反应速度常数无影响。2. 本实验对于丙酮溶液和HCl的初始浓度相对于I2
10、的初始浓度有何要求？ 为什么？答：本实验要求CCI、C +ci。因为在碘浓度较大时，丙酮碘化并不 A 2 H 2停留在一元碘化丙酮上，而发生多元取代。这样不仅可避免多元取代的生成， 而且在反应过程中，丙酮和酸的浓度可视为常数，在碘反应完之前，反应速率 可视为常数。3. 本实验结果表明碘的浓度对反应速率有何影响？据此推测反应机理。答：在碘的浓度不是低到不能发生反应或高到引起其他效应的的情况下,碘的浓度对反应速率影响可以忽略，酸催化反应机理：本实验计算所得丙酮碘化的反应速率常数为1.22 x 10-3dm3*mol-i* min%比文献值 k(25C )=1.72 x 10*3dm3.mol-1.
11、 min-1,摘自：F.Daniels,R.A.Alberty,J.W.Williams,etal., Experimental Physical Chemistry, 7th edn.p.152 MC Graw-Hill, Inc.,New York(1975)偏小一些。主要影响因素如下： .溶液溶度的误差。由于移液管的管尖破损，溶液易于流出。从而要迅 速地完成液面凹面是否与刻度线相切的判断和溶液的转移，但每次取溶液时总 不可能都保证动作那么麻利，故溶液的配制总会引入一定的误差。而且，试验 中我们用锥形瓶而不是碘瓶，I2易于挥发，故也会引入一定的误差。 .波长的选择。通过简单计算可得碘在水中
12、的溶解度是1.123x 10-3mol/L, 实验中用的碘水是加入了 KI以得到浓度较大的碘水，体系中存在着一个次要反 应，即在溶液中存在着I2、I和七-的平衡：其中I2和I3都吸收可见光。因此反应 体系的吸光度不仅取决于I2的浓度而且与I3-的浓度有关。根据朗伯-比尔定律知， 在含有I3和I2的溶液的总消光度$可以表示为I3和I2两部分消光度之和。其中 I2和I3都吸收可见光。因此反应体系的吸光度不仅取决于I2的浓度而且与I3-的 浓度有关。根据朗伯-比尔定律知，在含有七-和I2的溶液的总消光度$可以表示 为I-和I两部分消光度之和而摩尔消光系数EI和& I -是入射光波长的函数。在3223
13、565nm这一特定的波长条件下，溶液的消光度E与总碘量(I2+I3-)成正比。因此常 数e d就可以由测定已知浓度碘溶液的总消光度E来求出了。所以本实验应选择 工作波长为565nm。所以，测定波长的选择引入的误差很小，可以忽略不计。 .温度对反应速度有一定的影响，本实验在开始测定透光率后未考虑温 度的影响。反应速率常数与温度的依赖关系为k = Aexp ( - Ea/ RT)。分光光度计 没有恒温装置，实验时间近一小时，无法消除环境温度变化对反应速率的影响。 若选择带有恒温夹套的分光光度计，并与超级恒温槽相连，保持反应温度，可 降低温度变化对实验速率的影响。同时，每次测完一种混合溶液以后重新校零, 也可以减少温度变化对实验的影响。
