实验十一丙酮碘化反应级数的测定.doc

丙酮碘化反应级数的测定一、 目的要求1. 掌握用孤立法确定反应级数的方法。2. 测定酸催化作用下丙酮碘化反应的速率常数。3. 通过本实验加深对复杂反应特征的理解。4. 掌握722s型分光光度计的基本原理及使用方法。二、 实验原理大多数化学反应是复杂反应，其中包含了许多个基元反应，反应级数是根据实验的结果而确定的，并不能从化学计量方程式简单的利用质量作用定律推得。反应级数的确定是很重要的，它不仅告诉我们浓度是怎样影响反应速度，从而通过调整浓度来控制反应速度，而且可以帮助我们推测反应机理，了解反应真实过程。确定反应级数的方法通常有孤立法（微分法）、半簑期法、积分法，其中孤立法是动力学研究中的常用方法。本实验用孤立法确定丙酮碘化反应级数，从而确定丙酮碘化反应速率方程。酸催化的丙酮碘化反应是一个复杂反应，初始阶段反应为： （丙酮） （碘化丙酮）H+是反应的催化剂，因丙酮碘化反应本身有H+生成，所以，这是一个自催化反应。设反应动力学方程为： （1）式中：cA，分别为碘化丙酮（A）、丙酮、碘、盐酸的浓度，molL-1；x，y，z分别代表丙酮、氢离子、碘的反应级数，为速率系数。将上式两边取对数得： (2)从上式可以看出，反应级数分别是对、的偏微分，如果用图解法，我们可以这样处理：在三种物质中，固定两种物质的浓度，配制出第三种物质浓度不同的一系列溶液，以对该组分浓度的对数作图，所得斜率即为该物质在此反应中的反应级数。因碘在可见光区有一个很宽的吸收带。而在此吸收带中盐酸、丙酮、碘化丙酮和氯化钾溶液则没有明显的吸收，所以可采用分光光度法直接观察碘浓度随时间的变化关系。根据朗伯比尔定律： 从而有： (3)式中：A为吸光度，T为透光率，I和I0分别为某一波长的光线通过待测溶液和空白溶液的光强度，为吸光系数，b为比色皿厚度。测出反应体系不同时刻的吸光度，作A-t图，其斜率为： 或 (4)如已知和(b=1cm)，即可算出反应速率。若反应物I2是少量的，而丙酮和酸对碘是过量的，则反应在碘完全消耗以前，丙酮和酸的浓度可认为基本保持不变，即（本实验浓度范围：丙酮浓度为0.10.4mol.L-1,氢离子浓度为0.10.4 mol.L-1,碘的浓度为0.00010.01 mol.L-1。），实验发现A-t图为一条直线，说明反应速率与碘的浓度无关，所以，z=0，同时，可认为反应过程中和保持不变，对速率方程(1)两边积分得： 将代入上式并整理得： 因A-t图为直线，所以 (5)三、 仪器和试剂722s型分光光度计1台；停表1块；恒温槽1台；50mL容量瓶7个；5mL、10mL移液管各3支。丙酮溶液2.00mol.L-1 盐酸2.00mol.L-1 碘溶液0.02mol.L-1 (含2KI)四、实验步骤1调整分光光度计（1）将可见分光光度计波长调到500nm处，然后将恒温夹套的进水管接恒温槽的出水管，打开搅拌器进行搅拌，记录下恒温槽的水温。（2）用光径长为1cm的比色皿装蒸馏水，调透光率为100%。 2. 测量.(1) 测定吸光系数用50ml容量瓶配制0.001mol.L-1 碘水溶液，在25恒温水浴中恒温10min,用少量的碘水溶液洗涤比色皿两次，再注入0.001mol.L-1 碘水溶液，测定吸光度A值，更换碘水溶液再重复测定二次，取平均值。(2) 反应溶液的配制及测定丙酮浓度不同的反应溶液：用移液管分别给 14号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol.L-1 碘水溶液5ml、2.00 mol.L-1盐酸溶液5ml、，再注入适量蒸溜水，置于25恒温水浴中恒温10min,另取一支移液管分别给14号4只50ml容量瓶依次加入已恒温25的2.00 mol.L-1丙酮溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，加蒸溜水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度A，每隔30秒读一个吸光度数据，直到取得710个数据为止。氢离子浓度不同的反应溶液：用移液管分别给 14号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol.L-1 碘水溶液5ml，同时依次加入2.00 mol.L-1 HCl溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，再注入适量蒸溜水，置于25恒温水浴中恒温10min,以后，每个容量瓶依次加入5ml 2.00 mol.L-1丙酮溶液, 加蒸溜水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度A，每隔30秒读一个吸光度数据，直到取得710个数据为止。五、数据处理1. 计算吸光系数由测定已知浓度碘溶液的吸光度值，填入下表,由(3)式计算吸光系数()。测量次数123平均值吸光度A2. 根据测得反应溶液不同时刻的A值，填入下表，画出A-t图CH+=0.1 mol.L-1 CI2=0.002 mol.L-1CA=0.1 mol.L-1CA=0.2mol.L-1CA=0.3 mol.L-1CA=0.4 mol.L-1t/sAt/sAt/sAt/sA CA=0.1 mol.L-1 CI2=0.002 mol.L-1CH+=0.1 mol.L-1CH+=0.2 mol.L-1CH+=0.3 mol.L-1CH+=0.4 mol.L-1t/sAt/sAt/sAt/sA 2103. 由A-t图和(4)式求出下表有关数值：CH+=0.20 mol.L-1 CI2=0.002 mol.L-1CAlgCAdA/dt(-dCI2/dt)lg(-dCI2/dt)0.1-0.20.30.4- CA=0.20 mol.L-1 CI2=0.002 mol.L-1CH+lgCH+dA/dt(-dCI2/dt)lg(-dCI2/dt)0.10.20.30.44. 作，其斜率分别是丙酮、氢离子的反应级数x，y。5.计算丙酮碘化反应速率系数根据(5)式计算不同浓度反应溶液的值，然后取的平均值作为丙酮碘化反应速率系数。 CA(mol.L-1)CH+( mol.L-1)ab(cm)dA/dtKi 平均值(K)六、思考题1.本实验中，是将丙酮溶液加到盐酸和碘的混合液中，但没有立即计时，而是当混合物稀释至50mL，摇匀倒入恒温比色皿测透光率时才开始计时，这样做是否影响实验结果?为什么? 2.影响本实验结果的主要因素是什么?3.本实验中，丙酮碘化反应按几级反应处理，为什么？ 七、 扩展实验测定丙酮碘化反应的活化能：测出两个不同温度下的丙酮碘化反应速率系数，就可以根据阿仑尼乌斯公式估算反应的活化能Ea值。八、 参考文献1 复旦大学等编，物理化学实验，高等教育