实验十一丙酮碘化反应级数的测定.doc

丙酮碘化反应级数的测定 一、 目的要求 1. 掌握用孤立法确定反应级数的方法。 测定酸催化作用下丙酮碘化反应的速率常数。 2. 3. 通过本实验加深对复杂反应特征的理解。 4. 掌握722s型分光光度计的基本原理及使用方法。 二、 实验原理 大多数化学反应是复杂反应，其中包含了许多个基元反应，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: +H-+CHCOCH+ICHCOCHI+I+H 33232 (丙酮) (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。设反应动力学方程为: dcIxyz2 (1) ,,kccc+AIH2dt -1cc式中:c，，分别为碘化丙酮(A)、丙酮、碘、盐酸的浓度，mol?L;x，A+IH2 ky，z分别代表丙酮、氢离子、碘的反应级数，为速率系数。将上式两边取对数得: dc,,I2 (2) lglglglglg,,，，，kxcyczc+,,AIH2dt,, dc,,I2xyz,,lg,lgclgclgc从上式可以看出，反应级数分别是对、、的偏微+,,AIH2dt,, 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，配 dc,,I2lg,制出第三种物质浓度不同的一系列溶液，以对该组分浓度的对数作图，,,dt,, 1 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间的 I10变化关系。根据朗伯比尔定律: ,,,,AbclglgI2TI Abc,,从而有: (3) I2 式中:A为吸光度，T为透光率，I和I分别为某一波长的光线通过待测溶液和空白0 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: dcdc1dAdAII22 或 (4) ,,b,,,dtdtdtabdt b如已知ε和(b=1cm)，即可算出反应速率。 若反应物I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2 ccc,和酸的浓度可认为基本保持不变，即(本实验浓度范围:丙酮浓度为，AIH2 -1-10.1,0.4mol.L,氢离子浓度为0.1,0.4 mol.L,碘的浓度为0.0001,0.01 -1mol.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， cc同时，可认为反应过程中和保持不变，对速率方程(1)两边积分得: +AH xycckcctt,,, ，，+IIA21H2122 Abc,,将代入上式并整理得: I2 ,,AA,11AAdA,1221k, 因A-t图为直线，，所以 ,,,xy,ttbcc,ttdt,，21A,,21H dA11,, (5) ,,k,,xy,dtbcc+,,AH 三、 仪器和试剂 722s型分光光度计1台;停表1块;恒温槽1台;50mL容量瓶7个;5mL、10mL移液管各3支。 -1-1-1丙酮溶液2.00mol.L 盐酸2.00mol.L 碘溶液0.02mol.L (含2?KI) 四、实验步骤 1调整分光光度计 2 (1)将可见分光光度计波长调到500nm处，然后将恒温夹套的进水管接恒温槽的出水管，打开搅拌器进行搅拌，记录下恒温槽的水温。 (2)用光径长为1cm的比色皿装蒸馏水，调透光率为100%。 2. 测量 (1) 测定吸光系数 . -1用50ml容量瓶配制0.001mol.L 碘水溶液，在25?恒温水浴中恒温10min,用少量 -1的碘水溶液洗涤比色皿两次，再注入0.001mol.L 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。 (2) 反应溶液的配制及测定 丙酮浓度不同的反应溶液: -1用移液管分别给 1,4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol.L 碘水溶液5ml、 -12.00 mol.L盐酸溶液5ml、，再注入适量蒸溜水，置于25?恒温水浴中恒温10min, -1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丙酮溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，加蒸溜水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度A，每隔30秒读一个吸光度数据，直到取得7,10个数据为止。 氢离子浓度不同的反应溶液: -1用移液管分别给 1,4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol.L 碘水溶液5ml， -1同时依次加入2.00 mol.L HCl溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，再注入适量蒸溜水， -1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丙酮溶液, 加蒸溜水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度A，每隔30秒读一个吸光度数据，直到取得7,10个数据为止。 五、数据处理 1. 计算吸光系数 aAbc,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()。 I2 1 2 3 测量次数 平均值 吸光度A 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 -1-1C=0.1 mol.L C=0.002 mol.L H+I2 -1-1-1-1C=0.1 mol.L C=0.2mol.L C=0.3 mol.L C=0.4 mol.L AAAA t/s A t/s A t/s A t/s A 3 -1-1CA=0.1 mol.L C=0.002 mol.L I2 -1-1-1-1C=0.1 mol.L C=0.2 mol.L C=0.3 mol.L C=0.4 mol.L H+H+H+H+ t/s A t/s A t/s A t/s A 210 由A-t图和(4)式求出下表有关数值: 3. -1-1C=0.20 mol.L C=0.002 mol.L H+I2 C lgC dA/dt (-dC/dt) lg(-dC) AAI2I2/dt 0.1 - 0.2 0.3 0.4 - -1-1C=0.20 mol.L C=0.002 mol.L AI2 C lgC dA/dt (-dC/dt) lg(-dC) H+H+I2I2/dt 0.1 0.2 0.3 0.4 dcdc,,,,II224. 作，其斜率分别是丙酮、氢离子的lglglglg,,,,cc和图+,,,,AHdtdt,,,, 4 反应级数x，y。 5.计算丙酮碘化反应速率系数 kk根据(5)式计算不同浓度反应溶液的值，然后取的平均值作为丙酮碘化反应速率ii k系数。 -1-1C(mol.L) C( mol.L) a b(cm) dA/dt Ki AH+ 平均值(K) 六、思考题 1.本实验中，是将丙酮溶液加到盐酸和碘的混合液中，但没有立即计时，而是当混合物稀释至50mL，摇匀倒入恒温比色皿测透光率时才开始计时，这样做是否影响实验结果?为什么? 2.影响本实验结果的主要因素是什么? 3.本实验中，丙酮碘化反应按几级反应处理，为什么, 七、 扩展实验 测定丙酮碘化反应的活化能: kk,测出两个不同温度下的丙酮碘化反应速率系数，就可以根据阿仑尼乌斯公式估12 算反应的活化能E值。 a ,,,,Ek11a2 ln,,,,,,kRTT112,,,, 八、 参考文献 [1] 复旦大学等编，物理化学实验，高等教育出版社，北京，第三版，2004。 [2] 南开大学化学元素系物理化学教研室编，物理化学实验，南开大学出版社，天津，1991。 [3] 北京大学化学系物理化学教研室编，物理化学实验，北京大学出版社，北京，第三版，1995。 [4]东北师范大学等校编，物理化学实验，高等教育出版社，第二版，1989。 5