1、實驗 10 丙酮碘化實驗姓名：張騰 學號：64班級：化21同組人姓名：田雨禾實驗日期：2014年11月6日提交報告日期：2014年11月13日指導教師：孫海源1 引言實驗目的1.采用分光光度法測定用酸作催化劑時丙酮碘化反應的速率系數、反應級數和活化能。2.通過本實驗加深對復合反應特征的理解。3.熟練掌握分光光度計的原理和使用方法。實驗原理只有少數化學反應是由一個基元反應組成的簡單反應，大多數化學反應并不是簡單反應，而是由若干個基元反應組成的復合反應。大多數復合反應的反應速率和反應物濃度間的關系，不能用質量作用定律表示。因此用實驗測定反應速率與反應物或產物濃度間的關系， 即測定反應對各組分的分級

2、數，從而得到復合反應的速率方程，乃是研究反應動力學的重要內容。對于復合反應，當知道反應速率方程的形式后，就可以對反應機理進行某些推測。如該反應究竟由哪些步驟完成，各個步驟的特征和相互聯系如何等等。實驗測定表明，丙酮與碘在稀薄的中性水溶液中反應是很慢的。在強酸（如鹽酸）條件下，該反應進行得相當快。但強酸的中性鹽不增加該反應的反應速率。在弱酸（如醋酸）條 件下，對加快反應速率的影響不如強酸（如鹽酸）。酸性溶液中，丙酮碘化反應是一個復合反應，其反應式為：一H+一(CH3)2CO + I3CH3COCH2I + H +21(1)c A、cl一、c H+、c E分別為丙酮、碘、氫離子、碘化丙酮的濃度,m

3、ol|dm-3;、 一分別為反應對丙酮、碘、氫離子的分級數。反應速率、速率系數及反應級數均可由實驗測定。丙酮碘化對動力學的研究是一個特別合適而且有趣的反應。因為 比較寬的吸收帶，而在這個吸收帶中， 鹽酸和丙酮沒有明顯的吸收, 計測定光密度的變化所以這是一個H自催化反應，其速率方程為:r =-dc A-dc I3dc Ea3-8=dt =kcAc I3 c Hdt =dt式中：r反應速率；k速率系數；l3在可見光區有一個所以可以采用分光光度該反應由M催化，而反應本身又能生成（也就是l3濃度的變化）來跟蹤反應過程。雖然在反應（1）中沒有其它試劑吸收可見光，但卻存在下列一個次要卻復雜的情況,(3)即

4、在溶液中存在I3、12和的平衡:平衡常數K0= 700。其中12在這個吸收帶中也吸收可見光。因此13溶液吸收光的數量不僅 取決于13的濃度，而且也與12的濃度有關。根據朗伯-比爾定律:D =Lc式中：D光密度（消光度）；一吸收系數；L比色皿的光徑長度;c溶液的濃度。含有13和 J 溶液的總光密度D可以表示為丨3和丨2兩部分光密度的和，即:D = D I3+ D 12= 13Lcl3+Ll2Lcl2吸收系數 I；和 l2是吸收光波長的函數。在特殊情況下，即波長入 |3= 12，上式變為D = D l3+ D 12=13L c l3+ c 12（6）也就是說，在565nm這一特定的波長條件下，溶液

5、的光密度D與C和 J 濃度之和成正比。因為在一定的溶質、溶劑和固定的波長條件下是常數。使用固定的一個比色皿，L也是定的，所以（6）式中，常數 l3L就可以由測定已知濃度碘溶液的光密度D而求出。在本實驗條件下，實驗將證明丙酮碘化反應對碘是零級反應，即3=0。由于反應并不停留在一元碘化丙酮上， 還會繼續進行下去，因此反應中所用的丙酮和酸的濃度應大大 過量。而所用的碘量很少。這樣，當少量的碘完全消耗后，反應物丙酮和酸的濃度可以認 為基本保持不變。實驗還進一步表明，只要酸度不很高，丙酮鹵化反應的速率與鹵素的濃度和種類（氯、溴、碘）無關（在百分之幾誤差范圍內），因而直到全部碘消耗完以前，反應速率是常數，

6、 即從（7）式可以看出，將c l3對時間t作圖應為一條直線，其斜率就是反應速率r。1、為了測定反應級數，例如指數a,至少需進行兩次實驗。在兩次實驗中丙酮的初始濃度不同，H+和I3的初始濃度相同。若用“I”、“H”分別表示這兩次實驗,令:(5)=565nm時,-de I3r= dtdc Edt=kcaA c3l3csH+=kcaA csH+=常數(7)(8),-Ea/RTk = Aea可以估算反應的表觀活化能Ea。2 實驗操作實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖1、實驗儀器和用具計算機：722S型分光光度計；恒溫槽1套；鑷子；洗瓶；10ml刻度移液管1支；5ml刻度移液管3支；5ml移液管1支；2

7、5ml容量瓶3個;2、實驗試劑和藥品碘溶液（濃度c = molL-1；鹽酸溶液（濃度c = molL-1；丙酮溶液（濃度c = molL-1。2、c A,I= uc A,IIc H+,I= c H+,IIc I3,I= cII由（7）式可得:kca代IcsH+,IrI Ikca代Ic H+,取對數:同理可求出指數(9)(10)3、A,I= c A,c H+,I= wcH+,c I3,I=cI3,即可得到:lg(11)同樣4、A,I= c A, V,c H+,I= c H+, Vc 13,I= xcI3, V即可得到:(12)lgx（2）式，由指數、反應速率和各濃度數據可以算出速率系數 或兩個以

8、上溫度的速率系數，根據阿累尼烏斯公式5、根據k。由兩個(13)，若再做一次實驗川,(8)2.2 實驗條件表1實驗條件記錄溫度（C）大氣壓（kPa）實驗操作步驟及方法要點1、檢查儀器和藥品。2、接通電源。3、開啟恒溫槽，檢查水路是否通暢和漏水。將裝入已標定好的碘溶液、 丙酮溶液、鹽酸溶液的玻璃瓶放入恒溫槽中恒溫。恒溫槽溫度設定在25C。到達設定溫度10分鐘后開始測量。4、打開分光光度計電源開關，波長調到565nm處，放入裝有已恒溫的去離子水的比色皿，調零，方法如下：關試樣蓋，按|ioo%Aqj光度計示數應指示 （如達不到，可再按一次）； 打開試樣蓋，按|0%ApJ光度計示數應指示為0（如達不到，

9、可再按一次）。按|MOD鍵，使ABS前的紅燈亮。這時候測定的是吸光度。按下分光光度計的FUNC鍵，數據開始傳輸至端口，注意此時已經不能直接在分光光度計上讀數，且不能再進行調零的工作。5、 打開計算機，選擇并打開桌面數據采集軟件，點擊開始艮即可接收數據。6、 測定&L值。準確移取碘溶液于25ml容量瓶中，用已恒溫的去離子水稀釋至刻度， 搖勻，潤洗比色皿3次，然后將裝有2/3溶液的比色皿置于樣品室光路通過處，蓋好蓋子。 點擊單擊測定碘液光密度，多次點擊后，顯示值為多次測定平均值。7 溶液的反應速度。四種不同溶液的配比見表1。表2實驗溶液配比表碘溶液V/ml丙酮溶液V/ml鹽酸溶液V/ml1

10、(25C)5552(25C)553(25C)554(25C)555(35C)55按 表 中 的 量 ， 準 確 移 取 三 種 溶 液 于2 5 m l容 量 瓶 中 （ 碘 溶 液 最 后 加 ） ， 用 去 離 子 水 稀釋至刻度，搖勻，潤洗比色皿3次，然后將裝有2/3溶液的比色皿置于樣品室光路通過處，蓋好蓋子。在程序中選擇對應的實驗內容，按“開始接收”，計算機將每隔3s自動采集數據。注意配溶液時動作要快，以保證溫度恒定。8、 做完25C下的全部四個實驗后，再升高恒溫水浴溫度到35C進行第五組的試驗。9、測定完畢，進入試驗處理.4退出丙酮碘化-數據采集界面，進入物化實驗中的丙酮碘化界面，輸

11、入各溶液濃度、溫度。點擊數據處理。點擊回，選擇文件，雙擊后打開，根據圖形進行適當處理，例如：重新選擇零點時，將光標移動到適當位置，點擊|選擇零點|后即可；退出。點擊|讀入文件|,按測定順序讀入文件。點擊 確認和|數據處理，反應級數、速率系數、活化能就會顯示出來。實驗注意事項1.測定波長必須為565nm,否則將影響結果的準確性。2.反應物混合順序為： 先加丙酮、鹽酸溶液， 然后加碘溶液。丙酮和鹽酸溶液混合后 不應放置過久，應立即加入碘溶液。3.測定光密度D應取范圍。4.在調節分光光度計的光路位置時，如果加了恒溫套，拉桿的位置與原光路位置有不對應的地方，需目視確認光路通暢。5.帶恒溫套的分光光度計

12、要注意保持內部循環水路的暢通，并要防止水路阻擋光路。6.調準恒溫槽的溫度，開冷卻水，恒溫時間要足夠長。7.配制溶液時，碘溶液一定要最后加。8.比色皿裝液量不要太滿，約2/3即可。9.使用恒溫槽注意升溫時間，室溫與設定溫度相差較大時對測定的影響也較大。3 結果與討論原始實驗數據實驗相關條件及參數記錄1碘原液濃度c = molL-;HCI溶液濃度c = molL-;丙酮溶液濃度c = molL-1。2)原始實驗測量數據將原液稀釋十倍后，配制得標準碘溶液(濃度為原液的1/10)，即c = molL-1。測定該溶液在25C條件下的光密度，所得數據見下表(表3):表3標準碘溶液的光密度實驗次數12345

13、平均值碘溶液光密度因此所得碘溶液光密度為。3)實驗相關數據文獻值丙酮碘化反應：Ea = (kJ/mol)丙酮碘化反應反應級數(在本實驗條件下)：丙酮a=1;碘B=0;鹽酸丫=1計算的數據、結果1)利用標準碘溶液計算L的數值由公式L = D/c，代入碘液濃度mol/L及其光密度?？傻茫篖 = (L/mol)2)利用分光光度計測定溶液光密度，得光密度OD565-時間t曲線使用722S型分光光度計檢測比色皿中液體光密度值OD656的數值，輸出到計算機記錄，利用光密度數據和L的值，作c(I3)-t圖，并求出各組反應速率。利用L=mol和測得光密度值，計算出c(I3-)的數值，使用Origin Pro作

14、c(I3-)-t曲線，并擬合直線求出斜率計算反應速率，結果如下所示：(所有無效數據點均已舍去)(a)第1組的結果見下圖1(溫度25C)圖1：第1組實驗c(I3-)-t曲線和線性擬合結果根據此直線斜率slope求得25C下體系的反應速率1。r1= -slope*60 = (mol/L/min)(b)第2組的結果見下圖2(溫度25C)圖2:第2組實驗c(I3-)-t曲線和線性擬合結果同上可得到：r2= -slope*60 = (mol/ L/min)(c)第3組的結果見下圖3(溫度25C)圖3:第3組實驗c(I3-)-t曲線和線性擬合結果同上可得到：r3= -slope*60 = (mol/ L/

15、 min)(d)第4組的結果見下圖4(溫度25C)圖4:第4組實驗c(I3-)-t曲線和線性擬合結果同上可得到：r4= -slope*60 = (mol/L/min)(e)第5組的結果見下圖5(溫度35C)圖5:第5組實驗c(I3-)-t曲線和線性擬合結果同上可得到：rs= -slpoe*60 = (mol/ L/mi n)以上15組的數據結果匯總為下表4:表4反應速率常數計算結果匯總_組別測定溫度(C)碘V(ml)丙酮V(ml)鹽酸V(ml)r(mol/L/min)12555555542555535553）根據所得反應速率數據分別計算丙酮碘化反應對丙酮、鹽酸和碘的分級數。由公式（10）（11

16、）（12），將u=2、w=2、x=2/3以及上表4中的數據帶入公式，可 得丙酮碘化反應對丙酮、鹽酸和碘的分級數，如下表5所示：表5反應級數計算結果參與反應物質測定反應級數丙酮碘鹽酸0.4）根據25C和35C的速率常數求出反應表觀活化能Ea根據25C時丙酮碘化反應4個速率系數，求出25C時k1的平均值，求出35C時的速率系數k2,利用阿累尼烏斯公式求出丙酮碘化反應的表觀活化能Ea。所得結果如下表6及表7所示：表6各反應體系物質濃度計算結果匯總組別測定溫度碘濃度丙酮濃度鹽酸濃度第 1 組25C第 2 組25C第 3 組25C第 4 組25C第 5 組35C表7表觀活化能Ea計算結果匯總組別測定溫度

17、k （L/mol/min ）計算值平均值Ea (J/mol)第 1 組25C第 2 組25C第 3 組25C第 4 組25C第 5 組35C注：R的數值取（J/mol/K）討論分析1）測定結果與文獻值的比較由文獻值可知：丙酮碘化反應Ea = 86200 （J/mol）本實驗中測得結果為：Ea = （J/mol）與文獻值的相對誤差為：（Ea）= 86200 ）X100% = %2）實驗測定值與文獻值差異的分析通過前文分析，我們可以發現用實驗測定結果與文獻值有較大的差異。產生這一差異 的主要原因如下：a）實驗測定裝置、儀器不夠精密。實驗中所用到的各種儀器，特別是移液管、分光光度計、數據傳送記錄裝置

18、、溫度控制裝置等，都不可能完全準確和精密。因此也可能造成結果與文獻值的偏差。2525b）測量儀器的系統誤差：由于分光光度計等儀器和數據采集系統本身不可能絕對精 確，實驗測量過程中也可能存在由此導致的系統誤差，影響結果的準確性。c）反應過程中人為操作：實驗中認為反應體系均勻，過程穩定，記錄起始點準確。但在實際情況下，由于很多操作由人完成， 所以反應體系很難完全均勻， 每次反應起始 條件和過程也可能存在人為差異。因此測定的數據也會存在一定誤差。4 結論本次實驗測定丙酮碘化反應的反應級數、反應速率、速率系數和活化能。列表表示如下：參與反應物質測定反應級數丙酮碘鹽酸0.活化能(J/mol)5 參考文獻1.清華大學化學系物理化學實驗編寫組物理化學實驗北京：清華大學出版社，1991.2.賀德華，麻英，張連慶編基礎物理化學實驗北京：高等教育出版社，3.朱文濤編著物理化學北京：清華大學出版社，6 附錄思