丙酮碘化

丙酮碘化 实验23 丙酮碘化 一、 实验目的 1(采用分光光度法测定丙酮碘化反应的级数、速率系数和活化能，并进而求出??，Δ。 活化热力学函数ΔHSMM 2(通过本实验加深对复合反应特征的理解。 3(掌按72型分光光度计的原理和使用方法。 二、 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，大多数的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。大多数复合反应得反应速率和反应浓度间的关系，不能用质量作用定律 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示。因此用实验测定反应速率与反应物或产物浓度的关系，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。如该反应究竟有哪些步骤完成，各个步骤的特征和相互关系如何等等。 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: OO+H-+- (1) CH-C-CH+ICH-C-CHI+2I+H,,,,33332 该反应由H+催化，而反应本身又能产生H+，所以这是一个H+的自催化反应，其速率方程为: ,,dcAdcE()(),dcI(),,,,，3rkcAcIcH,,,,()()() (2) 3dtdtdt 式中:r——反应速率; k——速率系数; +-c(A)、c(I)、c(H)、c(E)——分别为丙酮、碘、氢离子、碘化丙酮的浓度，3-3mol.dm。 α、β、δ——分别为反应对丙困、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I在可见3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计测定光密度的变化(也就是I浓度的变化)来跟踪反应3 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I、I和I的平衡 32 --I+II (3) 23 ф-平衡常数K,700。其中I在这个吸收带中也吸收可见光。因此I溶液吸收光23-的数量不仅取决I的浓度，而且也与I的浓度有关。根据朗伯—比尔定律: 32 (4) DLc,, 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I和I溶液的总光密度D可以表示为I和I:两部分光密度的和，即 3232 ,,, (5) DDIDIILcIILcI,，,，()()()()()(),,323322 -)是吸收光波长的函数。在特殊情况下，即波长L,565nm吸收系数ε(I)和ε(I32-时，ε(I)=ε(I)，所以(5)式变为， 32 ,,, DDIDIILcIcI,，,，()()()[()()], (6) 32332 -也就是说，在565nm这一特定的波长条件下，溶液的光密度D与I和I浓度之32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ε(I)L就可以由测定已知浓度3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 碘化丙酮上，还会继续进行下去，因此反应中所用的丙酮于反应并不停留在一元 和酸应大大过量。而所用的碘量很少。这样，当少量的碘完全消耗后，反应物丙 酮和酸的浓度仍基本保持不变。 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 ,,dcI()dcE(),,,,，3rkcAcIcH,,,()()()3 (7) dtdt ，,,,,kcAcH()()常数 -从(7)式可以看出，将c(I)对时间t作因应为一条直线，其斜率就是反应速率r。 3 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+-的初始浓度不同，H和I的初始浓度相同。若用“I”、“II”分别表示达两次3 实验，令: ,,，cAIucAIIcHIcHIIcIIcIII(,)(,),(,)(,),(,)(,),,，, 33 由(7)式可得: ,,，rkcAIcHI(,)(,),I (8) ,,u，,,rkcAIIcHII(,)(,)II 取对数: rIlglg,,u (9) rII rI,,lg/lgu (10) rII 同理可求出指数δ，若再做一次实验III，使: ,,， cAIcAIIIcHIwcHIIIcIIcIIII(,)(,),(,)(,),(,)(,),,，,33即可得到: rI (11) ,,lg/lgwrIII 同样 ,,，， cAIcAIVcHIcHIVcIIxcIIV(,)(,),(,)(,),(,)(,),,,33即可得到 rI,,lg/lg (12) xrIV 根据(2)式，由指数、反应速率相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，根据阿累尼马斯公式 ,EaRT/kAe, (13) 可以估算反应的表现活化能Ea。 根据过渡状态理论: RT, (14) ,kKLh 以及热力学公式: ,, (15) GRTK,,lnm ,,, (16) GHTS,,mmm 可以推导出: ,,SHmmRTRRT,kee (17) Lh 式中:R——摩尔气体常数; L——阿佛加德罗常数; h——普朗克常数; ? ?G——活化Gibbs函数; m? ?H——活化焓; m? ?S——活化嫡。 m??根据(17)式可以求出?H、?S。 mm 一:仪器与药品 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;移液管均有 标签，请勿混用。 25ml容量瓶1个; 碘溶液;HCl溶液;丙酮溶液。具体浓度请看实验室黑板。 二:实验步骤 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。 。到达设定温度10分钟后开始测量。 恒温槽温度设定在25? 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%ADJ，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%ADJ，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 碘溶液 V/ml 丙酮溶液 V/ml 盐酸溶液 V/ml I(25?) 5 5 5 II(25?) 5 2.5 5 III(25?) 5 5 2.5 IV(25?) 7.5 5 5 V(35?) 7.5 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。 5 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、 速率系数和活化能等就会显示在下表中。 思考与讨论 1(在动力学实验中，正确计量时间是很重要的。本实验中从反应开始到起算反应时间，中间有一段不算很短的操作时间。这对实验结果有无影响?为什么? 2(影响本实验结果的主要因素是什么? ? 3(如果用表现活化能代替活化焓?H行否?为什么? Eam