丙酮碘化反应级数的测定实验报告

专业设计实验

丙酮碘化反应级数的测定

陈黎

湖北师范学院

丙酮碘化反应级数的测定

【实验背景及原理】

复杂反应不是经过简单的一步就能完成的，而是要通过生成中间产物的许多步骤来完成的，其中每一步都是一个基元反应。常见的复杂反应有对峙反应，平行反应和连续反应等。

大多数化学反应是复杂反应，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）A （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。一般认为该反应的反应机理包括下列两步：

+

这是一个连续反应。反应（1）是丙酮的烯醇化反应，它是一个可逆反应，进行得很慢。反应（2）是烯醇的碘化反应，它是一个快速且能进行到底的反应。由于反应（1）速率很慢，而反应（2）的速率又很快，中间产物烯醇一旦生成又马上消耗掉了。根据连续反应的特点，该反应的总反应速率由反应（1）所决定。

设反应动力学方程为：

dcI2xy??kcAcH+cIz2 （1） dt式中：cA，cH+，cI2分别为碘化丙酮（A）、丙酮、碘、盐酸的浓度，mol·L-1；x,y,z分别代表丙酮、氢离子、碘的反应级数，k为速率系数。将上式两边取对数得：

?dcI2?lg????lgk?xlgcA?ylgcH+?zlgcI2 (2)

dt???dcI?从上式可以看出，反应级数x,y,z分别是lg??2?对lgcA、lgcH+、lgcI2的偏微

?dt?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，

?dcI?配制出第三种物质浓度不同的一系列溶液，以lg??2?对该组分浓度的对数作

?dt?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

I1间的变化关系。根据朗伯比尔定律：A?lg?lg0??bcI2

TI从而有： A??bIc (3) 2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，ε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：

dcI2dcI2dA1dA??b??? 或 ? (4) dtdtdt?bdt如已知ε和b(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cA?cH???cI2（本实验浓度范围：丙酮浓度为0.1～0.4 mol·L-1，氢离子浓度为0.1～0.4 mol·L-1，碘的浓度为0.0001～0.01

-1

mol·L），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cA和cH+保持不变，对速率方程(1)两边积分得：

xycI21?cI22?kcAcH+?t2?t1?

将A??bcI2代入上式并整理得：

?A?A2?11k??1?? ?xy?t2?t1??bcAcH?A?A1dA因A-t图为直线，2，所以 ?t2?t1dt1?dA?1 k??????xy (5)

?dt??bcAcH+【仪器与试剂】

722s型分光光度计1台；比色皿2个；秒表1块；酸碱滴定管1套（带滴定架）；500mL棕色容量瓶2个；250mL容量瓶3个；100mL容量瓶3个；50mL容量瓶8个；5mL移液管3支；10mL移液管3支；25mL移液管2支；30mL移液管2支。 纯碘，纯溴，碘化钾，溴化钾，硫代硫酸钠标准，碘标准溶液（0.05 mol?L-1），丙酮，盐酸，淀粉指示剂；丙酮溶液2.00mol.L-1 ，盐酸2.00 mol?L-1，碘溶液0.02 mol?L-1 (含2℅ KI)

【实验过程】

1用Na2S2O3标定碘的水溶液 1.1碘溶液的配制

称取1.5g碘及4.5g碘化钾，溶于少量水中，然后移入500mL棕色试剂瓶中，加水稀释至500mL，摇匀。

1.2标定 1.2.1原理

2Na2S2O3 + I2 → 2NaI + Na2S4O6

1.2.2标定

准确量取20ml～25ml碘液，加50ml水、30ml 0.1C(HCl)盐酸，摇匀，用 0.1 C(Na2S2O3)的Na2S2O3标准溶液滴定近终点（微黄色）时加30ml 0.5％淀粉指示剂，继续滴定至溶液兰色消失为终点。

1.2.3计算

V1×C1 C= V 式中：

V1 ― 滴定消耗Na2S2O3标准溶液体积，mL； C1 ― Na2S2O3标准溶液浓度，mol/L； V1 ― 吸取碘液体积，mL。

2调整分光光度计

将可见分光光度计波长调到500nm处，用光径长为1cm的比色皿装蒸馏水，调透光率为100%。

3.测量

3.1测定吸光系数

用50ml容量瓶配制0.001 mol·L-1碘水溶液，用少量的碘水溶液洗涤比色皿两次，再注入0.001 mol·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。

3.2反应溶液的配制及测定 3.2.1丙酮浓度不同的反应溶液

用移液管分别给 1～4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02 mol·L-1碘水溶液5ml、2.00 mol·L-1盐酸溶液5ml，再注入适量蒸馏水，置于25℃恒温水浴中恒温10min，另取一支移液管分别给1～4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，加蒸馏水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度，每隔1分钟（或30秒）读一个吸光度数据，直到取得10个数据为止。

3.2.2氢离子浓度不同的反应溶液

用移液管分别给 1～4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02 mol·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，再注入适量蒸馏水，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，加蒸馏水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度，每隔1分钟（或30秒）读一个吸光度数据，直到取得10个数据为止。

【结论】

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(a?AbcI2)。 测量次数 吸光度A 1 0.648 2 0.648 3 0.650 平均值 0.649 2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 CA=0.1 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.542 0.535 0.526 0.516 0.509 0.498 0.488 0.480 0.471 0.463 0.455 0.446 CI2

=0.002 mol·L-1 CA=0.4 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.412 0.382 0.351 0.321 0.288 0.256 0.288 0.199 0.169 0.141 0.112 0.082 CA=0.2 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.526 0.509 0.492 0.475 0.460 0.438 0.423 0.409 0.389 0.370 0.353 0.337 CA=0.3 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 20.514 0.489 0.467 0.442 0.416 0.392 0.370 0.346 0.323 0.298 0.274 0.253 CA=0.1 mol·L-1 CI=0.002 mol·L-1

CH+=0.1 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.554 0.544 0.532 0.524 0.517 0.506 0.499 0.489 0.480 0.470 0.461 0.452 CH+=0.2 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.488 0.471 0.453 0.439 0.423 0.406 0.388 0.372 0.355 0.338 0.323 0.306 CH+=0.3 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.440 0.416 0.392 0.366 0.342 0.319 0.294 0.269 0.246 0.223 0.199 0.176 CH+=0.4 mol·L-1 t/s A 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 0.306 0.274 0.245 0.213 0.183 0.154 0.123 0.095 0.065 0.036 0.012 0.010

c=0.1mol/L0.60.50.40.30.20.10050100150t200250300350y = -0.0003x + 0.5429系列1线性 (系列1)Ac=0.2mol/L0.60.50.40.30.20.10050100150t200250300350y = -0.0006x + 0.5267系列1线性 (系列1)Ac=0.3mol/L0.60.50.40.30.20.10050100150t200250300350y = -0.0008x + 0.5131系列1线性 (系列1)Ac=0.4mol/L0.450.40.350.30.250.20.150.10.050050100150ty = -0.001x + 0.414系列1线性 (系列1)线性 (系列1)A200250300350C=0.1mol/L0.60.50.40.30.20.10050100150t200250300350y = -0.0003x + 0.5526系列1线性 (系列1)AC=0.2mol/L0.60.50.40.30.20.10050100150t200250300350y = -0.0006x + 0.4878系列1线性 (系列1)AC=0.3mol/L0.50.40.3系列1线性 (系列1)y = -0.0008x + 0.43920.10050100150t200250300350A0.2C=0.4mol/L0.350.30.250.20.150.10.050-0.05050100150t

Ay = -0.0009x + 0.299系列1线性 (系列1)2002503003503由A-t图和(4)式求出下表有关数值

CH+=0.20 mol·L-1 CI=0.002 mol·L-1

2CA 0.1 0.2 0.3 0.4

lgCA -1.00 -0.70 -0.52 -0.40 dA/dt -3×10 -6×10 -8×10 -10×10 ?4?4?4?4(-dCI2/dt) 9.36×10 17.76×10 24.74×10 31.31×10 ?7?7?7?7lg(-dCI2/dt) -6.03 -5.75 -5.61 -5.50 CA=0.20 mol·L-1 CI2=0.002 mol·L-1

CH+ 0.1 0.2 0.3 0.4 ?dcI24作lg???dtlgCH+ -1.00 -0.70 -0.52 -0.40 dA/dt -3×10 -6×10 -8×10 -9×10 ?4?4?4?4(-dCI2/dt) 9.42×10 17.14×10 25.02×10 31.31×10 ?7?7?7?7lg(-dCI2/dt) -6.02 -5.76 -5.60 -5.50 ??dcI2??lgcA和lg????dt???lgcH+图，其斜率分别是丙酮、氢离子?的反应级数x，y。

-5.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2-5.5-5.6-5.7-5.8-5.9-6-6.10y = 0.8774x - 5.1478-5.4-1.2-1-0.8-0.6-0.4-0.2-5.5-5.6-5.7-5.8-5.9-6-6.1

0y = 0.8693x - 5.1506由图可得丙酮和氢离子的反应级数均为1。

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ki值，然后取ki的平均值作为丙酮碘化反应速率系数k。 CA(mol.L-1) CH+( mol.L-1) 0.1 0.2 0.3 0.4 0.2 0.2 0.2 0.2 平均值(k)

0.2 0.2 0.2 0.2 0.1 0.2 0.3 0.4 a b(cm) 1 1 1 1 1 1 1 1 dA/dt ki 325 325 325 325 325 325 325 325 ?4?5-3.02×10 4.68×10 ?4?5-5.73×10 4.30×10 ?4?5-7.98×10 4.12×10 ?4?5-10.10×10 3．91×10 -3.04×10?4 -5.53×10?4 4.71×10?5 4.29×10?5 -8.07×10?4 4.17×10?5 -10.10×10?4 3.91×10?5 4.26×10?5

丙酮碘化反应的动力学初步研究

【实验背景及原理】

丙酮碘化反应是测定化学反应速度和反应级数的实验。以往常常是通过滴定法来测定它的反应速率，此法操作烦琐且费时。最近，我们采用光栅光谱仪测定丙酮碘化反应的反应速率，由实验可求出反应速率常数。此法操作简单，耗样量少，速度快，图形直观，测得的实验数据线性较好，结果准确度较高。选择适当的反应条件，可以研究丙酮碘化反应初始阶段的反应。已经证实在酸的浓度较低的条件下，丙酮碘化反应对碘是零级反应。此时，反应速率为一常数。在本文研究的反应体系中，只有碘溶液在可见光区有宽的吸收带。通过郎泊-比耳定律和阿累尼乌斯关系式，则可以算出反应速率常数。

【仪器与试剂】

天津港东科技发展有限公司光栅光谱仪GWD8A；100 ml 容量瓶1 个，50 ml 容

量瓶3 个；

丙酮(纯度为A.R)；蒸馏水；碘；浓盐酸；碘化钾；10 mL 移液管3 个；恒温箱。

【实验步骤】

1、利用光谱仪测出同一温度下不同时刻反应物的透光率，从而反映出反应物浓度随时间变化的关系并根据丙酮碘化反应的化学原理，继而求出该反应的反应速率常数。

2、光谱条件：调节光栅光谱仪波长至560 nm，先作出基线，然后进行浓度测定。 3、样品预处理取一50 mL 容量瓶，移入5 mL 2 mol/L 丙酮溶液，加少量蒸馏水，塞好，25 ℃恒温；另取一50 mL 容量瓶，移入5 mL 0.01 mol/L 碘溶液，5 mL 1 mol/L 盐酸溶液，塞好，25 ℃恒温，再取一100mL 容量瓶，放入约50 ml 蒸馏水，25 ℃恒温。

4、实验操作：恒温后，将丙酮溶液倒入盛有混合溶液的容量瓶，再用25 ℃时蒸馏水洗盛有丙酮溶液的容量瓶3~4 次，洗涤液倒入盛有混合溶液的容量瓶中，用25 ℃的蒸馏水稀释至刻度，震摇均匀后放入比色皿中，利用光谱仪测出同一温度下不同时刻反应物的透光率，每4 min 记录一次。 5、将恒温箱调到20 ℃，重复3、4，每8 min 记录一次。 [参考文献]

赵仲飚。光栅光谱仪测量丙酮碘化反应速率常数。浙江海洋学院学报(自然科学版)，2009年6月第28卷第2期

量瓶3 个；

丙酮(纯度为A.R)；蒸馏水；碘；浓盐酸；碘化钾；10 mL 移液管3 个；恒温箱。

【实验步骤】

1、利用光谱仪测出同一温度下不同时刻反应物的透光率，从而反映出反应物浓度随时间变化的关系并根据丙酮碘化反应的化学原理，继而求出该反应的反应速率常数。

2、光谱条件：调节光栅光谱仪波长至560 nm，先作出基线，然后进行浓度测定。 3、样品预处理取一50 mL 容量瓶，移入5 mL 2 mol/L 丙酮溶液，加少量蒸馏水，塞好，25 ℃恒温；另取一50 mL 容量瓶，移入5 mL 0.01 mol/L 碘溶液，5 mL 1 mol/L 盐酸溶液，塞好，25 ℃恒温，再取一100mL 容量瓶，放入约50 ml 蒸馏水，25 ℃恒温。

4、实验操作：恒温后，将丙酮溶液倒入盛有混合溶液的容量瓶，再用25 ℃时蒸馏水洗盛有丙酮溶液的容量瓶3~4 次，洗涤液倒入盛有混合溶液的容量瓶中，用25 ℃的蒸馏水稀释至刻度，震摇均匀后放入比色皿中，利用光谱仪测出同一温度下不同时刻反应物的透光率，每4 min 记录一次。 5、将恒温箱调到20 ℃，重复3、4，每8 min 记录一次。 [参考文献]

赵仲飚。光栅光谱仪测量丙酮碘化反应速率常数。浙江海洋学院学报(自然科学版)，2009年6月第28卷第2期

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5m1f.html