丙酮碘化反应速率常数的测定1.docx

实验目的1. 测定用酸作催化剂时丙酮碘化反应的速率常数及活化能2. 初步认识复杂反应机理，了解复杂反应的表观速率常数的求算方法3. 掌握分光光度计的使用方法二、预习要求1.了解丙酮碘化反应的机理及动力学方程式2.明确所测物理量(透光率)与该反应速率常数之间的关系3.了解分光光度计的结构，掌握其使用方法 三、实验原理EEBA一呗为该反应是按以下两歩變行的gOOHCHj—CH3 旦 CH3—O=Cf

若在反应过程中，丙酮的浓度远大于碘的浓度且催化剂酸的浓度也足够大 时，则可把丙酮和酸的浓度看作不变，把(3)式代入(4)式积分得:2=一曲疋討+月 ⑸按照朗伯-比耳(Lambert-Beer)定律，某指定波长的光通过碘溶液后的光强为It,通过蒸馏水 后的光强为I0，则透光率可表示为：T = —；0 ⑹并且透光率与碘的浓度之间的关系可表示为:丁-陀 ⑺式中，T为透光率，d为比色槽的光径长度，£是取以10为底的对数时的摩尔吸收系数将 (5)式代入(7)式得:由lgT对t作图可得一直线，直线的斜率为k£dCACH+式中£d可通过测定一已知浓度的 碘溶液的透光率，由(7)式求得，当CA与CH+浓度已知时，只要测出不同时刻丙酮、酸、 碘的混合液对指定波长的透光率，就可以利用(8)式求出反应的总速率常数 k由两个或两个以上温度的速率常数，就可以根据阿累尼乌斯(Arrhenius)关系式估算反应的活 化能9)为了验证上述反应机理，可以进行反应级数的测定根据总反应方程式，可建立如下关系式:式中a，卩，y分别表示丙酮、氢离子和碘的反应级数若保持氢离子和碘的起始浓度不变, 只改变丙酮的起始浓度，分别测定在同一温度下的反应速率，则:同理可求出卩，y11)四. 仪器药品1. 仪器分光光度计1套;容量瓶(50mL)3只;超级恒温槽1套;容量瓶(100mL)2只;带有恒温夹层的比 色皿1个;移液管(10mL)3只;停表1块。

2.药品碘溶液(含4%KI)(0.03mol・dm-3);标准盐酸溶液(1mol・dm-3);丙酮溶液(2mol・dm-3)五、实验步骤 方法一:手动采集数据1. 调整分光光度计首先打开微电计开关，旋转调零旋钮，使光点指到零点位置将波长调到565nm将恒温比 色皿装满蒸馏水，在(25.0±0.1) €时放入暗箱并使其处于光路中调整光亮调节器，使微电 计光点处于透光率“100”的位置上，然后将比色槽取出，把水倒掉2. 求 £d 值取0.03mol・dm-3的碘溶液10mL注入100mL容量瓶中，用二次蒸馏水稀释到刻度，摇匀 取此碘溶液注入恒温比色皿，在(25.0±0.1)°C时，置于光路中，测其透光率，利用J)式求出 £d值3. 测定丙酮碘化反应的速率常数取一洗净的100mL容量瓶，注入约50mL二次蒸馏水，置于(25.0±0.1)C(或30.0±0.1C)的恒 温槽中恒温在一洗净的50mL容量瓶中用移液管移入5mL2mol・dm-3的丙酮溶液，加入少 量二次蒸馏水，盖上瓶塞，置于(25.0±0.1) C的恒温槽中恒温另取一洗净的50mL容量瓶, 用移液管量取5mL0.03mol・dm-3碘溶液，取5mL1mol・dm-3的盐酸溶液注入该瓶中，盖上瓶 塞，置于(25.0±0.1)C的恒温槽中恒温(恒温时间不少于10min)。

温度恒定后，将丙酮溶液倒 入盛有酸和碘混合液的容量瓶中，用25.0C的二次蒸馏水洗涤盛有丙酮的容量瓶3〜4次洗涤液均倒入盛有混合液的容量瓶中，用25.0C的二次蒸馏水稀释至刻度，振荡均匀，迅速 倒入恒温比色皿(外保温套中先已从超级恒温槽中通入恒温水流)少许，洗涤三次倾出然后 再倒满恒温比色皿，用擦镜纸擦去残液，置于暗箱光路中，测定透光率，并同时开启停表， 作为反应起始时间以后每隔3min读一次透光率，直到光点指在透光率100为止4. 测定各反应物的反应级数各反应物的用量如下:编号2mol・dm-3丙酮溶液1mol・dm-3盐酸溶液0.03mol・dm -3碘溶液210mL5mL5mL35mL10mL5mL45mL5mL2.5mL测定方法同步骤3,温度仍为(25.0±0.1)C［或(30.0±0.1)C］5•将恒温槽的温度升高到(35.0±0.1)C,重复上述操作1，2，3,但测定时间应相应 缩短，可改为 1min 记录一次方法二：微机自动采集数据1. 调节恒温槽控制温度(25.0(或 30.0)±0.1)C2. 启动紫外分光光度计，预热 30min3•打开微机：启动成功后调出数据采集程序中的STRTGY1.GNI待采集数据用。

4. 实验准备① 在一洁净的50mL容量瓶中注入50mL蒸馏水，放恒温槽中恒温备用；② 在一洁净的5mL容量瓶中移入5mLI2溶液，用蒸馏水稀释至刻度，放恒温槽中恒温备用;③ 在一洁净的50mL容量瓶中移入5mLI2溶液+5mLHCL放恒温槽中恒温备用；④ 在一洁净的50mL容量瓶中先加入少量蒸馏水，再移入5mL丙酮溶液，放恒温槽中恒温 备用5. 数据测量① 分光光度计调零：将挡光杆放入光路中，盖好上盖，若仪器显示不是0.000，可调节仪器 右侧“零点调节”钮，使指示 0.000② 将比色皿装满蒸馏水，用吸水纸擦干外部，放入光路中底座上，盖好上盖，调透光率为 100%，稳定几分钟后，把比色皿倒空③ 将恒温好的丙酮溶液倒入装有(I2+HC1)混合液的容量瓶中，用好的蒸馏水洗涤丙酮瓶三次，洗涤液倒入混合液中，再用恒温蒸馏水稀释至刻度，摇匀，迅速倒入比色皿少许，洗涤 三次，再倒满比色皿，擦干外部，放光路中，盖好上盖④ 鼠标单击“Start”，屏幕上显示透光率随时间变化的曲线……待反应完毕(透光率至100%), 单击“Stop”，倒空比色皿6.测£d值将恒温好的 I2 溶液洗比色皿三次，然后倒满，用吸水纸擦干外部，放入光路中，测量(25.0(或30.0)±0.1)°C时的透光率，记下此值；再将恒温槽升温到(30.0(或35.0)±0.1)°C，记下此温度 下的透光率，倒空比色皿。

7•调出数据采集程序中的STRTGY2.GNI待采集数据用鼠标箭头放“Start”上待用重复四 中①、②、③、④、五中②、③、④，测量[30.0(或35.0)±0.1]°C时的透光率随时间变化 的曲线8. 实验完毕，切断电源，将玻璃仪器洗干净9. 从微机调出所测数据，记下后退出程序，关机六、注意事项1. 温度影响反应速率常数，实验时体系始终要恒温2. 实验所需溶液均要准确配制3. 混合反应溶液时要在恒温槽中进行，操作必须迅速准确七、数据处理；T= ；lgT= ；£d1. 把实验数据填入下表:时间(min)透光率TlgT25.0 C35.0 C25.0 C35.0 Co2.将lgT对时间t作图，得一直线，求直线的斜率，并求出反应的速率常数3•利用25.0C及35.0C时的k值求丙酮碘化反应的活化能4•反应级数的测定由实验步聚3、4中测得的数据，分别以lnT对t作图，得到四条直线 求出各直线斜率，即为不同起始浓度时的反应速率，代入(10)、(11)式可求出a,卩，Y八、问题讨论虽然在反应(1)和(2)中，从表观上看除 I2 外没有其它物质吸收可见光，但实际上反应 体系中却还存在着一个次要反应，即在溶液中存在着12、I-和I-3的平衡：12)其中I2和I-3都吸收可见光。

因此反应体系的吸光度不仅取决于I2的浓度而且与I-3的浓度 有关根据朗伯-比尔定律知，在含有I-3和I2的溶液的总消光度E可以表示为I-3和I2 两部分消光度之和(13)而摩尔消光系数£12和£13-是入射光波长的函数在特定条件下，即波长九=565nm时，所以(13)式就可变为(14)也就是说，在565nm这一特定的波长条件下，溶液的消光度E与总碘量(I2+I3)成正比因 此常数£就可以由测定已知浓度碘溶液的总消光度E来求出了所以本实验必须选择工作 波长为 565nm思考问题】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？。