1、.實驗10 復雜反應丙酮碘化反應【實驗者信息】【同組實驗者】【實驗日期】【提交報告日期】1 引言1.1 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。1.2 實驗背景知識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數，從而得到復合反應的速率方程，乃是研究反應動力

2、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）。1.3 實驗原理1.3.1 丙酮碘化反應該反應的速率方程為：其中分別為反應對丙酮、碘和氫離子的分級數。1.3.2 反應進程跟蹤由于離子在可見光區有一個比較寬的吸收峰，且對于本反應而言，在這個吸收峰的X圍內，其他物質（如鹽酸、丙酮等）沒有明顯的吸收，故

3、可通過使用分光光度計測定的吸收（即測定溶液的吸光度）來定量計算碘離子濃度，從而跟蹤反應進程。所參考的理論：朗伯-比爾定律其中為吸光度，為吸收系數，為分光光度計中的光路徑長度，為溶液濃度。但對于碘離子的吸光過程，由于存在可逆反應：且在的吸光區域附近也存在吸光現象，故由分光光度計測得的吸光度為兩者吸光作用相疊加的結果。不過，當光的波長處于565nm時，兩離子的吸收系數相同，進而有：即將溶液中碘的不同形式統一為初始總碘濃度。且可通過對于已知初始總碘濃度的溶液的吸光度測定求得，并用于后續實驗。1.3.3 反應對各物質級數的測定（A）丙酮碘化反應對碘為零級反應，即，進而反應速率常數公式化為：則擬合應得到

4、一條直線，其斜率即為反應速率。（B）本實驗進行4組不同條件的實驗，使：則P、Q兩組實驗的反應速率之比表示為：兩側取對數后可以得到反應級數表達式：基于相同原理，分別控制不同反應物的用量為變量設計實驗R、S，得到：1.3.4 反應活化能的測算活化能測算依據Arrhenius經驗公式：在兩個不同的溫度下得到反應速率常數數據，即可求得活化能。2 實驗操作2.1 實驗準備2.1.1 實驗儀器及器具（1） 10mL移液管×1、5mL移液管×3、25mL容量瓶×1、滴管等必備實驗用品；（2）計算機輔助記錄的分光光度計（含比色皿）×1、恒溫槽×1。2.1.2

5、實驗藥品0.02120mol/L 溶液、1.3638mol/L HCl溶液、3.372mol/L 丙酮溶液、去離子水。2.2 實驗條件相關分析2.2.1 本實驗條件記錄【室溫】19.6；【濕度】70%；【氣壓】101.30kPa2.2.2 實驗條件對實驗結果影響分析（1）本實驗所考察的為一液相反應，故濕度和氣壓對實驗不產生影響；（2）在實驗過程中，存在下列操作：a) 將藥品液體取出恒溫槽進行配制；b) 所有反應物混合后使用混合液潤洗比色皿。此兩項操作是暴露在室溫下進行的，而室溫低于實驗溫度（25或30），故將會影響反應速率（測得的反應速率較真實值將有所下降），進而對求得的反應級數和反應活化能產

6、生不可測（由于公式復雜）影響。因此，室溫與實驗溫度相差越大，則可能產生的誤差就越大。2.3 實驗操作步驟及方法要點（1）開啟恒溫槽，將儲存有丙酮、碘溶液、鹽酸和去離子水的錐形瓶放入恒溫槽中，恒溫足夠長時間（10min以上）使其達到實驗溫度25。（2）打開計算機與分光光度計，調節波長至565nm，分別使用去離子水和黑色遮光片進行空白調零和全遮光調零。（3）準確移取2.5ml碘溶液于25ml容量瓶中，用已恒溫的去離子水定容，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，測定其吸光度值。本步驟的目的是通過已知濃度的溶液求取值。（4）按下表的配比在容量瓶中配制反應混合液，使用分光光度計

7、跟蹤各組的反應進程：準確移取液體于25ml容量瓶中，用已恒溫的去離子水定容，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，連續測定其吸光度值。表1 各實驗組溶液的配比表碘溶液 V/mL丙酮溶液 V/mL鹽酸溶液 V/mLI（25）555II（25）52.55III（25）552.5IV（25）7.555V（35）7.555【要點1】每進行完一組實驗后，需清洗容量瓶與比色皿，以防止上一組實驗的殘余混合液對下一組實驗的反應體系產生影響；【要點2】在添加藥品時，先添加丙酮和鹽酸溶液，然后迅速添加碘溶液，最后迅速使用去離子水定容并以較快操作速度進行潤洗。這些舉措的目的是減少混合液暴露在

8、室溫中的時間，已在本報告2.2節進行了分析。另外，混合完成意味著反應的開始，故這些舉措也有利于盡快開始進行反應進程的監控；【要點3】比色皿的裝液量不要超過體積的2/3。（5）提高恒溫槽溫度至35，恒溫10min以上后進行第5組實驗。3 實驗結果與討論3.1 原始實驗數據及分析3.1.1 的測算25下標準碘液（實際上為1/10的稀釋液）的吸光度原始測定值為：進而可以求得：3.1.2 各實驗組反應進程跟蹤結果由于數據較多，故采用對Excel數據表直接作圖的方式呈現：說明：在實驗過程中，出現了在時間較長時吸光度小于0的情形，考慮為在調零時不準確造成，故對這些數據采取直接舍棄的處理，其對斜率求取的影響

9、應該不大。3.1.2.1 實驗P，吸光度時間t/s圖3.1.1 實驗組3.1.2.2 實驗Q，吸光度時間t/s圖3.1.2 實驗組3.1.2.3 實驗R，吸光度時間t/s圖3.1.3 實驗組3.1.2.4 實驗S，吸光度時間t/s圖3.1.4 實驗組3.1.2.5 實驗T，吸光度時間t/s圖3.1.5 實驗組【線性評價和處理方法】<1> 實驗P所有數據點線性相關良好，故在進一步處理中直接進行直線擬合；<2> 實驗Q所有數據點線性相關良好，故在進一步處理中直接進行直線擬合；<3> 實驗R在初始的一段時間存在數據點波動，而在后半段線性相關良好，故在進一步處理中考

10、慮取靠后的一段數據點進行直線擬合；<4> 各數據點組成的粗略圖線明顯上凸，且主要是由初始的一段時間內的點造成的，圖線在后半段線性相關較好，故在進一步處理中考慮取靠后的一段數據點進行直線擬合；<5> 各數據點組成的粗魯圖線在初始的一段時間（200s左右）和最后時段（500s之后）的線性相關都不理想，故前后舍去這兩端，采用中間的數據點進行直線擬合。3.2 數據處理與實驗結果首先，對所有數據表格中的吸光度A數值進行如下處理，以得到：進而各實驗組得到的擬合結果（直線方程）中斜率的絕對值即為反應速率大小。3.2.1 實驗P，整曲線擬合時間t/s圖3.2.1 實驗組擬合結果為：于是

11、得到反應速率為：3.2.2 實驗Q，整曲線擬合時間t/s圖3.2.2 實驗組擬合結果為：于是得到反應速率為：3.2.3 實驗R，后段擬合(>370s)時間t/s圖3.2.3 實驗組擬合結果為：于是得到反應速率為：3.2.4 實驗S，后段擬合（>400s）時間t/s圖3.2.4 實驗組擬合結果為：于是得到反應速率為：3.2.5 實驗T，中間段擬合（251s-450s）時間t/s圖3.2.5 實驗組擬合結果為：于是得到反應速率為：根據實驗原理即可求解反應對各反應物的級數：（1）丙酮碘化反應對丙酮的級數：（2）丙酮碘化反應對鹽酸的級數：（3）丙酮碘化反應對碘的級數：此外，根據如下公式求解

12、反應P、Q、R和S的反應速率常數：表2 反應速率常數求算數據表序號/P55250.2728mol/L0.6744mol/L5.240×10-42.848×10-3Q52.5250.2728mol/L0.3372mol/L2.381×10-42.588×10-3R2.55250.1364mol/L0.6744mol/L2.361×10-42.567×10-3S55250.2728mol/L0.6744mol/L5.537×10-43.010×10-3T55350.2728mol/L0.6744mol/L1.350&#

13、215;10-37.338×10-325下的反應速率取P、Q、R、S四組反應數據的平均值：進而利用Arrhenius經驗公式求解活化能：3.3 誤差分析本實驗出現的主要誤差為：實驗S與實驗T的圖線線性較差，特別是溫度為35的實驗T，其與線性背離較多。對此現象可進行如下誤差分析：3.3.1 室溫的影響本報告2.2節已對此因素的影響作了初步分析。由于溫度是影響反應速率非常重要的因素之一，在室溫中暴露過長時間將使反應體系從25（或35）恒溫降溫，而分光光度計內由于連有與恒溫槽相連通的水管，同樣為25（或35），故反應體系進入分光光度計后首先升溫，從而使原有規律變得混亂。雖然在實驗過程中本小

14、組已注意加快操作速度，但室溫的影響為一不可完全避免的系統誤差。3.3.2 朗伯-比爾定律的應用X圍朗伯-比爾定律只適用于稀溶液均一體系，本實驗各組的配比雖然滿足這一條件，但由于并沒有考慮反應的熱效應和離子、分子之間的相互作用，故實際可能與朗伯-比爾定律有偏離，特別是濃度最高的T組實驗。如果這些影響存在，則也為一不可避免系統誤差。4 實驗結論本實驗在室溫19.6，濕度70%，氣壓101.30kPa的條件下測得丙酮的碘化反應對丙酮的級數為1，對鹽酸的級數為1，對碘的級數為0。在25的反應溫度下，該反應的速率常數為：在35的反應溫度下，該反應的速率常數為：本反應的活化能為：5 參考文獻1 賀德華，麻

15、英，X連慶. 基礎物理化學實驗. 第1版. ：高等教育. 2008:33-35.2 X文濤. 基礎物理化學. 下冊. ：清華大學, 2011.3 X文濤. 物理化學輔導與答疑. ：清華大學, 2012.6 附錄：本實驗思考題（1）在動力學實驗中，正確計量時間是很重要的。本實驗中從反應開始起到開始計反應時間，中間有一段不算很短的操作時間。這對實驗結果有無影響.為什么.【解答】對實驗結果沒有影響。此反應的實驗設計為丙酮和鹽酸遠過量，當加入的碘量較小時，可近似認為實驗過程中丙酮和氫離子的濃度保持不變。由于丙酮的碘化對碘為零級反應，故可視為反應速率的值基本保持不變，所得到的吸光度-時間擬合曲線為一直線，其整體斜率即代表了反應速度的快慢，也正是實驗目標。故中間的一段不算