丙酮碘化实验.docx

物理化学实验 丙酮碘化实验 化工系2012011864 物理化学实验 丙酮碘化实验 化工系2012011864张腾 - - PAGE # - 实验10丙酮碘化实验 姓名：张腾 学号：2012011864 班级：化21同组人姓名：田雨禾 实验日期：2014年11月6日提交报告日期：2014年11月13日 指导教师：孙海源 1引言 1.1实验目的 采用分光光度法测定用酸作催化剂时丙酮碘化反应的速率系数、 反应级数和活化能。 通过本实验加深对复合反应特征的理解。 熟练掌握分光光度计的原理和使用方法。 1.2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。 大多数复合反应的反应速率和反应物浓度间的 关系，不能用质量作用定律表示。因此用实验测定反应速率与反应物或产物浓度间的关系， 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 反应究竟由哪些步骤完成，各个步骤的特征和相互联系如何等等。 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： + （ch3）2co+i3 h》CH3COCH2l+H + +2「 （1） 该反应由h+催化，而反应本身又能生成 h+，所以这是一个 H+自催化反应，其速率方程为： -dc(A )_-dc(l3dt dt普％ -dc(A )_-dc(l3 dt dt 普％ a A八彳C H + 式中：r—反应速率; k—速率系数; c A、cl；、c H+、c E —分别为丙酮、碘、氢离子、碘化丙酮的浓度, molLdm-3 ； 〉、- —分别为反应对丙酮、碘、氢离子的分级数。 l3 l3在可见光区有一个 所以可以采用分光光度 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 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, 计测定光密度的变化(也就是 I3浓度的变化)来跟踪反应过程。 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13、丨2和「的平衡： I2+I L I3 (3) 平衡常数K 0 = 700。其中I2在这个吸收带中也吸收可见光。 因此13溶液吸收光的数量不仅 取决于I3的浓度，而且也与I2的浓度有关。根据朗伯-比尔定律： D = d_C (4) 式中：D —光密度(消光度)； ￡一吸收系数； _ —比色皿的光径长度； c —溶液的浓度。 含有I3和I2溶液的总光密度 D可以表示为I3和I2两部分光密度的和，即： D = D I3 +D 12 = e 13 Lc 13 + ￡ I2 Lc 12 ] (5) 吸收系数￡ I3和￡丨2是吸收光波长的函数。在特殊情况下，即波长 入=565nm时， ￡ I3 = ￡ I2，上式变为 D = D I3 +D I2 = ￡ I3 L c I； +c I2 (6) 也就是说，在565nm这一特定的波长条件下， 溶液的光密度D与I3和D浓度之和成正比。 因为￡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￡ I； L就可以由测定已知浓度碘溶液的光密度 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 3=0。由于反应并不 停留在一元碘化丙酮上， 还会继续进行下去，因此反应中所用的丙酮和酸的浓度应大大过 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可以认为 基本保持不变。 TOC \o 1-5 \h \z 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 r = =。厲 E)= kc a A )c3( I3 )c( H+ ) = kc(A )c( H+ )=常数 (7) dt dt 从(7)式可以看出，将 c I3对时间t作图应为一条直线，其斜率就是反应速率 r。 1、 为了测定反应级数，例如指数 a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13的初始浓度相同。若用“ I” “n ”分别表示这两次实验,2、c A, 初始浓度不同，H+和13的初始浓度相同。若用“ I” “n ”分别表示这两次实验, 2、c A, I = uc A, I