丙酮碘化实验

物理化学实验 丙酮碘化实验 化工系 2012011864 张腾

实验10 丙酮碘化实验

姓名：张腾 学号：2012011864 班级：化21

同组人姓名:田雨禾

实验日期：2014年11月6日 提交报告日期：2014年11月13日

指导教师：孙海源

1 引言

1.1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

只有少数化学反应是由一个基元反应组成的简单反应，大多数化学反应并不是简单反应，而是由若干个基元反应组成的复合反应。大多数复合反应的反应速率和反应物浓度间的关系，不能用质量作用定律表示。因此用实验测定反应速率与反应物或产物浓度间的关系，即测定反应对各组分的分级数，从而得到复合反应的速率方程，乃是研究反应动力学的重要内容。

对于复合反应，当知道反应速率方程的形式后，就可以对反应机理进行某些推测。如该反应究竟由哪些步骤完成，各个步骤的特征和相互联系如何等等。

实验测定表明，丙酮与碘在稀薄的中性水溶液中反应是很慢的。在强酸（如盐酸）条件下，该反应进行得相当快。但强酸的中性盐不增加该反应的反应速率。在弱酸（如醋酸）条件下，对加快反应速率的影响不如强酸（如盐酸）。

酸性溶液中，丙酮碘化反应是一个复合反应，其反应式为：

(CH3)2CO+I???CH3COCH2I+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：

－3H+-dc?A?-dc?I3?dc?E?δ+r====kcα?A?cβ?I－3?c?H? （2）

dtdtdt－式中：r—反应速率；

k—速率系数；

+c?A?、c?I－3?、c?H?、c?E?—分别为丙酮、碘、氢离子、碘化丙酮的浓度，

moldm-3；

?、?、?—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。

丙酮碘化对动力学的研究是一个特别合适而且有趣的反应。因为I3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

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计测定光密度的变化（也就是I3浓度的变化）来跟踪反应过程。

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I3、I2和I的平衡：

－－－I2+I－θI－3 （3）

－平衡常数K=700。其中I2在这个吸收带中也吸收可见光。因此I3溶液吸收光的数量不仅取决于I3的浓度，而且也与I2的浓度有关。根据朗伯-比尔定律：

－D=εLc （4）

式中：D—光密度（消光度）；

ε—吸收系数；

L—比色皿的光径长度； c—溶液的浓度。

含有I3和I2溶液的总光密度D可以表示为I3和I2两部分光密度的和，即：

－－D=D?I－3?+D?I2?=ε?I3?Lc?I3?+ε?I2?Lc?I2? （5）

－－吸收系数εI－和ε?I2?是吸收光波长的函数。在特殊情况下，即波长λ=565nm时，3??ε?I－3?=ε?I2?，上式变为

－?－?D=D?I－3?+D?I2?=ε?I3?L?c?I3?+c?I2?? （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I3和I2浓度之和成正比。因为ε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εI3L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，实验将证明丙酮碘化反应对碘是零级反应，即β=0。由于反应并不

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。而所用的碘量很少。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。

实验还进一步表明，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

－??－r=-dc?I－3?dt=dc?E?δ+αδ+=kcα?A?cβ?I－3?c?H?=kc?A?c?H?=常数 （7） dt从（7）式可以看出，将cI3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α，至少需进行两次实验。在两次实验中丙酮的

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初始浓度不同，H+和I3的初始浓度相同。若用“Ⅰ”、“Ⅱ”分别表示这两次实验，令：

2、 c?A,Ι?=uc?A,ΙΙ?，cH,Ι=cH,ΙΙ，cI3,Ι=cI3,ΙΙ

++－－－????????由（7）式可得：

kcα?A,Ι?cδ?H+,Ι?rΙ=α=uα （8） δ+rΙΙkc?A,ΙΙ?c?H,ΙΙ?取对数：

lgrΙ=αlgu （9） rΙΙlgα=rΙrΙΙ （10）

lgu同理可求出指数?，若再做一次实验Ⅲ，使：

3、 c?A,Ι?=c?A,????，cH,Ι=wcH,???，cI3,Ι=cI3,???

++－－????????即可得到：

lg?=同样

rΙr??? （11）

lgw+4、 c?A,Ι?=c?A,ΙV?，cH,Ι=cH,ΙV，cI3,Ι=xcI3,ΙV

+－－???lgrΙrΙV?????即可得到：

（12）

β=lgx5、 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

k=Ae-Ea/RT （13）

可以估算反应的表观活化能Ea。

2 实验操作

2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图

1、实验仪器和用具

计算机：722S型分光光度计；恒温槽1套；镊子；洗瓶；

10ml刻度移液管1支；5ml刻度移液管3支；5ml移液管1支；25ml容量瓶3个； 2、实验试剂和药品

碘溶液(浓度c = 0.02120 mol·L-1； 盐酸溶液(浓度c = 1.436 mol·L-1； 丙酮溶液(浓度c = 3.372 mol·L-1。

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2.2 实验条件

表1 实验条件记录 温度（℃） 大气压（kPa）

17.6 100.65

2.3 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25℃。到达设定温度10分钟后开始测量。

4、 打开分光光度计电源开关，波长调到565nm处，放入装有已恒温的去离子水的比色皿，调零，方法如下：关试样盖，按100-J，光度计示数应指示100.00（如达不到，可再按一次）；打开试样盖，按0-J，光度计示数应指示为0（如达不到，可再按一次）。按MODE键，使ABS前的红灯亮。这时候测定的是吸光度。按下分光光度计的FUNC键，数据开始传输至端口，注意此时已经不能直接在分光光度计上读数，且不能再进行调零的工作。

5、 打开计算机，选择并打开桌面数据采集软件，点击开始即可接收数据。

6、 测定εL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，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。点击单击测定碘液光密度，多次点击后，显示值为多次测定平均值。

7、 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表1。

表2 实验溶液配比表 1（25℃） 2（25℃） 3（25℃） 4（25℃） 5（35℃） 碘溶液 V/ml 5 5 5 7.5 7.5 丙酮溶液 V/ml 5 2.5 5 5 5 盐酸溶液 V/ml 5 5 2.5 5 5 按表中的量，准确移取三种溶液于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光路通过处，盖好盖子。在程序中选择对应的实验内容，按“开始接收”，计算机将每隔3s自动采集数据。注意配溶液时动作要快，以保证温度恒定。

8、 做完25℃下的全部四个实验后，再升高恒温水浴温度到35℃进行第五组的试验。 9、 测定完毕，进入试验处理. 4 退出丙酮碘化-数据采集界面，进入物化实验中的丙酮碘化界面，输入各溶液浓度、温度。

点击数据处理。点击打开，选择文件，双击后打开，根据图形进行适当处理，例如：重新选择零点时，将光标移动到适当位置，点击选择零点后即可；退出。点击读入文件，按测定顺序读入文件。点击确认和数据处理，反应级数、速率系数、活化能就会显示出来。

2.4 实验注意事项

1. 测定波长必须为565nm，否则将影响结果的准确性。

2. 反应物混合顺序为：先加丙酮、盐酸溶液，然后加碘溶液。丙酮和盐酸溶液混合后不应放置过久，应立即加入碘溶液。

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3. 测定光密度D应取范围0.15-0.7。

4. 在调节分光光度计的光路位置时，如果加了恒温套，拉杆的位置与原光路位置有不对应的地方，需目视确认光路通畅。

5. 带恒温套的分光光度计要注意保持内部循环水路的畅通，并要防止水路阻挡光路。 6. 调准恒温槽的温度，开冷却水，恒温时间要足够长。 7. 配制溶液时，碘溶液一定要最后加。 8. 比色皿装液量不要太满，约2/3即可。

9. 使用恒温槽注意升温时间，室温与设定温度相差较大时对测定的影响也较大。

3 结果与讨论

3.1 原始实验数据

1) 实验相关条件及参数记录

碘原液浓度c = 0.02120 mol·L-1； HCl溶液浓度c = 1.436 mol·L-1； 丙酮溶液浓度c = 3.372 mol·L-1。

2) 原始实验测量数据 将原液稀释十倍后，配制得标准碘溶液（浓度为原液的1/10），即c = 0.002120 mol·L-1。测定该溶液在25℃条件下的光密度，所得数据见下表（表3）：

表3 标准碘溶液的光密度

实验次数 碘溶液光密度

3) 实验相关数据文献值

丙酮碘化反应：Ea = 86.2(kJ/mol)

丙酮碘化反应反应级数（在本实验条件下）：丙酮α=1；碘β=0；盐酸γ=1

1 0.359

2 0.360

3 0.360

4 0.360

5 0.360

平均值 0.360

因此所得碘溶液光密度为0.360。

3.2计算的数据、结果

1) 利用标准碘溶液计算εL的数值

由公式εL = D/c，代入碘液浓度0.002120 mol/L及其光密度0.360。 可得：εL = 169.8113 (L/mol)

2) 利用分光光度计测定溶液光密度，得光密度OD565-时间t曲线

使用722S型分光光度计检测比色皿中液体光密度值OD656的数值，输出到计算机记录，利用光密度数据和εL的值，作c(I3-)-t图，并求出各组反应速率。

利用εL=169.8765L/mol和测得光密度值，计算出c(I3-)的数值，使用Origin Pro作c(I3-)-t曲线，并拟合直线求出斜率计算反应速率，结果如下所示：（所有无效数据点均已舍去）

(a) 第1组的结果见下图1（温度25℃）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/on3f.html