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物理化学实验报告 实验名称： 丙酮碘化反应的速率方程 姓 名： 文丽 学 号： 201042021 专 业： 化学 班 级： 一班 指导教师： 魏树 评 分： 2015年10 月 20日实验 13 丙酮碘化反应的速率方程一、实验目的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. 掌握分光光度计的使用方法二、实验原理1.大多数化学反应是由若干个基元反应组成的。这类复杂反应的反应速率和反应物活度之间的关系大多数不能用质量作用定律预示。以实验方法测定反应速率和反应物活度之间的计量关系，是研究反应动力学的一个重要内容。对复杂反应，可采用一系列实验方法获得可靠的实验数据，并据此建立反应方程式，以其为基础，推测反应的机理，提出反应模式。孤立法是动力学研究中常用的一种方法。设计一系列溶液，其中只有某一物质的浓度不同而其他物质的浓度均相同，借此可以求得反应的级数。同样亦可得到各种作用物的级数，从而确立速率方程。2.本实验以丙酮碘化为例，说明如何应用孤立法和稳定态近似条件来推得速率方程以及可能的反应机理。丙酮卤化反应是一个复杂反应，其条件式为: (1)式中X为卤素。实验表明，反应的速率几乎与卤素的种类及其浓度无关，但却与溶液中的丙酮和氢离子浓度密切相关。实际上，在一定浓度范围内，通常可以用物质的浓度替代活度表示某一物质对反应速率的影响。对于上述反应，首先假设其反应速率方程为: (2)式中，x，y，z分别代表丙酮，氢离子和碘的反应级数。将该式取对数得方程: (3)在上述三种物质中，首先固定其中两种物质的浓度，配制出第三种物质浓度不同的一系列溶液。这样一来，反应速率只是该物质浓度的函数。以对该组分浓度的对数做图，所得直线的斜率即为反应对该物质的反应级数。同理，可以得到其它两个物质的反应级数。3.碘在可见光区有一个很宽的吸收带，因此可以方便地用分光光度计测定反应过程中碘浓度随时间变化的关系。按照比尔(Beer)定律: (4)式中，A为吸光度，T为透光率，I和I0分别为某一定波长的光线通过待测溶液和空白溶液(参比)后的光强，a为吸光系数，b为样品池光径长度。以lgT对时间t作图，其斜率应为:，如再已知a和b，则可计算出反应速率。若，可以发现，lgT对t的关系图为一直线。显然只有当不随时间而改变时，该直线关系才能成立。这也就意味着，反应速率与碘的浓度无关，从而可得知丙酮碘化反应对碘的级数为零。实验选定丙酮浓度范围0.130.30 mol.dm-3，氢离子浓度0.130.30 mol.dm-3，碘浓度0.0010.002 mol.dm-3，反应过程可认为和保持不变，又因z =0，则由方程(2)积分得: (5)以方程(3)代入，得如下方程: (6)三、仪器和试剂721型分光光度计1套恒温水浴1套容量瓶(100mL)3只移液管(10mL，刻度)3支碘量瓶(50mL)1只烧杯(50mL)1只标准丙酮溶液(2.00 moldm-3) ； 标准盐酸溶液(1.00 moldm-3)； 标准碘溶液(0.0100 moldm-3) 四、实验步骤1. 打开分光光度计电源，将波长调到560nm处，用装有蒸馏水的比色皿调节仪器的“100%”点和“0”点。2. 求ab值。在50mL容量瓶中配制0.001 moldm-3碘溶液。用少量碘溶液洗比色皿二次，再注入0.001 moldm-3碘溶液，测其透光率T，更换碘溶液重复测定二次，取平均值，求ab值(3).测定丙酮碘化反应速率常数。 用移液管分别吸取0.01 moldm-3标准碘溶液10 mL 、10 mL、 10 mL、 5 mL，注入已编号（1- 4号）的四只干净的50mL容量瓶中，另取一支移液管分别向1- 4号容量瓶内加入1.00 moldm-3标准HCI溶液5 mL 、5 mL 、10 mL 、5 mL（注意瓶号顺序），再分别注入适量的蒸馏水，盖上瓶盖，置于恒温水浴中恒温备用。另取一个50 mL干净容量瓶，取少量2.00 moldm-3标准丙酮溶液清洗两次，然后注入约50 mL标准丙酮溶液，置于恒温水浴中恒温。再取50mL干净容量瓶装满蒸馏水，置于恒温水浴中恒温。 待达到恒温后（时间不少于10min），用移液管取已恒温的标准丙酮溶液10mL迅速加入1号容量瓶，当丙酮加入一般时开始计时，用已恒温的蒸馏水将此混合溶液稀释至刻度，迅速摇匀，用此溶液润洗比色皿数次，然后将此溶液注入比色皿（上述操作要迅速进行），测定不同时间的透光率。每隔2min测定透光率一次，直至取得10-20个数据为止。如果透光率变化较大，则改为每隔1min记录一次。在测定过程中用蒸馏水多次校正透光率“0”点和“100”点。 然后用移液管分别取5mL、10mL、10mL的标准丙酮溶液（已恒温的），分别注入2号、3号、4号容量瓶，用上述方法分别测定不同浓度溶液在不同时间的透光率。 上述溶液的配制如表1所示表1 溶液配制编号标准碘溶液/mL 标准HCI溶液/mL 标准丙酮溶液/mL 蒸馏水/mL 1 105 1025 2 10 5 5303 10 1010 204551030 五、数据记录与处理1. 将实验数据填入表中 表2. c碘= 0.002mol/L透光率平均值ab 85.686.585.885.97-967.2表3. 恒温温度： 1号时间/min246810121416171820透光率T83.683.984.184.584.985.385.888.894.396.996.9lgT1.9221.9231.9251.9271.9291.9311.9331.9481.9751.9861.9862号时间/min246810121416182022透光率T84.884.985.085.485.685.886.086.486.686.787.1lgT1.9281.9291.9291.9311.9321.9331.9341.9371.9381.9381.940时间/min242628293031透光率T87.487.989.193.196.898.5lgT1.9421.9441.9501.9691.9861.9933号时间/min23456788.591010.5透光率T84.685.686.086.386.687.394.097.097.097.097.1lgT1.9271.9321.9341.9361.9381.9411.9731.9871.9871.9871.9874号时间/min24688.59101214透光率T90.690.791.192.295.396.997.097.097.0lgT1.9571.9581.9601.9651.9791.9861.9871.9871.987透光率T表4.编 号c丙酮/ moldm-3cH+/ moldm-3c碘/ moldm-3 14*10-42*10-44*10-422*10-42*10-44*10-4 34*10-44*10-44*10-444*10-42*10-42*10-42. 根据表2数据利用（4）式计算ab值。3. 根据表3数据，以lgT对时间t作图，求出斜率1号：由图可知 斜率=0.003692号：由图可知 斜率=0.001663号：由图可知 斜率=0.008494号：由图可知 斜率=0.003234. 以斜率对浓度作双对数图，从其斜率可求得反应对各物质的级数x，y和z。5. 计算反应速率常数k值（令x=y=1,z=0）k=斜率/-ab1号：K=3.72*10-62号：K=1.72*10-63号：K=8.78*10-64号：K=3.34*10-6 6. 文献参考值（1）.吸光系数a可用0.001或0.002的碘溶液自行测定，约180.（2）. x =1，y =1，z =01（3）.反应速率常数2：T0252735105k0.1152.863.608.80103k0.691.722.165.28 六、注意事项1.反应机理推测.根据实验测得反应级数及卤化反应速率与卤素几乎无关的事实，一般对丙酮卤化反应机理可作如下推测：(A) (H+) (B)(B) (D) (H+) (D) (X) (E)因为丙酮是很弱的碱，所以反应式(14.1)生成的中间体B很少，故有:烯醇式D和产物E的反应速率方程是： .(13.7) .(13.8)合并上面各式，并应用稳定态条件，即令:，得到： .(13.9)若烯醇式D与卤素的反应速率比烯醇式D与H+的反应大得多，即k3 cX+k-2cH+，则上式可取以下简单的形式： .(13.10)令k=K1k2，又，相当于z=0时的方程，因此上述推理可能是成立的。2.有些教科书以溴水作为反应物，但由于溴的挥发性及毒性，故本实验选用碘进行反应。3.在一定条件下，特别是卤素浓度较高时，反应并不停留在一元卤化丙酮上，可能形成多元取代，故应测量开始一段时间的反应速率。当偏大或，偏小时，因不符合比尔定律或者浓度变化过小，将导致读数误差较大。若教学时数许可，也可在两个或更多温度下测定速率常数k，还可粗略求算反应的活化能Ea。七、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，从反应物开始混合，到开始读数，中间有一段不很短的操作时间，这对实验结果是否有影响?为什么？答：这一过程确实对反应有一定的影响，但在本实验的测定条件下，如果操作较快对实验结果影响不大，因为反应中丙酮和盐酸的