13 实验十三 丙酮碘化反应

实验十三丙酮碘化反应实验目的1.利用分光光度计测定酸催化时丙酮碘化反应级数、速率常数及活化能；2.学习用孤立法测定丙酮碘化反应的反应级数；3.通过实验加深对复杂反应特征的理解。实验原理酸催化的丙酮碘化反应是一个复杂反应，其反应式为：IHICOCHCHICOCHCHH23233112OOH3333OHOHl+3332OHOHll-+32232CH-CAB-CHH[CH-C-CH]B[CH-C-CH]CH-C=CHHCH-C=DCHlCH-C=CHllHkkkkDE式中：CE、CA、CI2、CH+--碘化丙酮、丙酮、碘及盐酸的浓度(mol/L)；K--速率常数；p、q、r--丙酮、碘和氢离子的反应级数。该反应中不断地产生H+，它在反应过程中起催化作用，故是一个自动催化反应。其速率方程可表示为：反应速率：22IpqrEAAAIHdcdcdcrKcccdtdtdt因为碘溶液在可见光区有一个比较宽的吸收带，而丙酮和盐酸在该吸收带中对光基本上没有吸收，所以可通过测定反应液各个时刻的吸光值来获得各个时刻的。根据朗白—比耳(Lambert-Beer)定律：)3(lg1lg20IalcIITD20:IIIlaac式中、分别为入射光强和出射光强，为比色皿光径长度，为吸收系数。在波长、温度、溶剂等条件相同时相同，为碘的浓度。2Ic2I-dc(1)dtprEAAHdcrkccdt常数)2(2CtckcdccrHpAIE本实验通过测定0.001mol/L已知浓度的碘溶液透光率值,测两次，然后取其平均值，求al值；即：)4(lg100lg2IcTal)5()(lgBtccalkTrHpA（3）式代入（2）式中整理得：T作tT~lg关系图通过其斜率m可求得反应速率。即)6()(rHpAccalkm)7(almv由（4）式可知：（6）式与（1）式比较，则有①当丙酮初始浓度不同，而碘、氢离子初始浓度分别相同时，即：为了确定反应级数p、q、r，每个至少需进行两次实验，用脚注数字分别表示各次实验。12121222HHIIAAccccucc、、则有：)8(lg)(lglg)(lg1111122212121222ummuvvppApAprHqIpArHqIpApuccuccKcccKcvv②同理，当丙酮、碘的初始浓度分别相同，而酸的浓度不同时，即：14141422HHIIAAccxcccc、、13131322HHIIAAwcccccc、、则有：)9(lg)(lglg)(lg1313wmmwvvr③同理，当丙酮、氢离子的初始浓度分别相同，而碘的浓度不同时，即：则有：)10(lg)(lglg)(lg1414xmmxvvq122221lg303.2kkTTTTREa由两个温度的反应速度常数k1与k2,从阿仑尼乌斯公式求出反应的活化能。药品仪器1.722分光光度计；2.超级恒温槽；3.接触温度计、玻璃温度计；4.移液管、吸耳球、容量瓶等；5.0.01mol/L碘溶液2.0mol/L丙酮1mol/L盐酸等等。实验步骤开启超级恒温槽预热分光光度计调节恒温温度t℃测定1-4号反应液的T值配制碘、丙酮、盐酸及反应液溴水及5号瓶再调节恒温温度(t+5)℃碘溶液及1-4号瓶设定波长测定碘溶液的T值设定时间测定碘溶液的T值测定1-4号反应液的T值依次打开“电源”开关，“电动泵”开关和“加热”开关。•调节接触温度计的胶木帽，使恒温温度t为“原始水温+5℃”，保持恒温状态。•在以上温度的基础上，再增加5℃恒温。（以玻璃温度计上的温度为准）打开分光光度计的开关仪器预热30分钟后即可测试。用蒸馏水调零：比色皿中装入蒸馏水，调零。配制0.001mol·L-1碘溶液。测两次T，求其平均值，求al值。按下表配制各种溶液，并预热30min：瓶子瓶子标示0.01mol/L碘溶液1mol/L盐酸2.0mol/L丙酮蒸馏水50ml棕色容量瓶110ml5ml10ml加水稀释50ml50ml棕色容量瓶210ml5ml5ml加水稀释50ml50ml棕色容量瓶310ml10ml10ml加水稀释50ml50ml棕色容量瓶45ml5ml10ml加水稀释50ml100ml具塞三角瓶丙酮无无80ml无100ml具塞三角瓶蒸馏水无无无80ml容量瓶编号12342.0mol/L丙酮溶液10ml5ml10ml10ml按下表加入丙酮的量恒温好后，取10ml丙酮加入到1号瓶中，当加到一半时开始计时，待丙酮全部加入后，加蒸馏水至容量瓶刻度，摇匀。混合后的溶液倒入比色皿中，并进行测定。每隔2min测定透光率一次，直到取得10~12个数据为止。其他样品测定同上。实验完成后，清洗复原。实验数据记录实验日期：；①超级恒温器的恒温温度：℃；②超级恒温器的恒温温度：+5℃。数据处理1.计算；2.作关系图；3.确定直线斜率值；4.确定反应级数p、q、r的值；5.计算反应速度常数值；6.写出丙酮碘化反应速率方程；7.计算反应活化能；8.文献值。imaltT~lgik计算的平均值：al2lg100lgIcTal两个温度分别计算时间瓶子号1234四个反应体系在不同时间的透光率0t(min)lgT~t关系图lgT1号瓶3号瓶2号瓶4号瓶iittTTm1212lglg斜率4321、、、i其中反应级数的确定：21lglg12mmp2lglg13mmr21lglg14mmq计算反应速度常数k值（令p=r=1,q=0）根据阿仑尼乌斯公式求出反应的活化能。122221lg303.2kkTTTTREa文献值：⑴.p=1、q=0、r=1⑶.活化能Ea=48kJ/mol⑵.反应速率常数t/℃0252735103K/(L·mol-1·min-1)0.691.722.165.28实验结果与讨论⑴结果：实测值为Ea=⑵计算实验偏差：⑶分析产生偏差的原因：⑷有何建议与想法？注意事项：1.反应液混合后应迅速进行测定；2.计算Ｋ时要用到初始浓度，因此实验中所用的浓度一定要配准；3.温度对实验结果影响很大，应把反应温度准确控制在实验温度的±0.1℃范围之内。思考题1.丙酮碘化反应中，H+为催化剂。能否把反应速率方程中的CH+r项并入速率常数项中，为什么？2.实验中若开始计时晚了，对实验结果有无影响？为什么？3.若盛蒸馏水的比色皿没有洗干净，对测定结果有什么影响？4.配制和选取各反应物的初始浓度，应考虑哪些情况？5.影响本实验结果精确度的主要因素有哪些？6.若本实验中原始溴浓度不准确，对实验结果是否有影响？为什么？重点难点•重点：掌握722分光光度计的使用方法；阿仑尼乌斯方程应用；反应级数的确定方法。•难点：722分光光度计的工作原理。