丙酮碘化反应(20211127024305).pdf

序号： 6 物理化学实验报告姓名：李刚勇院系：化学化工学院班级： 10 级化学班学号： 14101700578 指导老师：张建策同组者：吴笛、吴彬、熊详、熊帅试验项目名称： 丙酮碘化反应实验日期： 2012.09.17 实验室： 7408 一、实验目的 1掌握微分法测定反应级数及速率常数的方法、原理。 2加深对复杂反应特征的理解。 3熟悉分光光度计的使用方法。二、基本原理丙酮在酸性溶液中的碘化反应如下： CH3COCH3 + I2 CH3COCH2I + I2 （1）实验证明，该反应是复杂反应，反应速率除了与反应物浓度有关外，还与H+浓度有关。设反应的动力学方程为： r = dCI2dt = kCCH3COCH3CHCICI2 （2）式（2）中， r为反应的速率； CH3COCH3 、I2 和H+ 分别为丙酮、碘和氢离子在时间 t 时的浓度； 、和分别为丙酮、碘和氢离子的反应级数；k 为反应的速率常数。实验研究表明，除非在很高的酸度下，丙酮碘化反应的速率才与碘的浓度有关。在一般的酸度条件下，反应的速率与碘的浓度无关，即0，此时，式（ 2）可以简化成：r = dI2dt = KCH3COCH3 H+ （3）式（2） 、式（ 3）是假设丙酮仅发生一元碘化（如反应式1）而得到的。事实上，丙酮不仅可以发生一元碘化反应，而且还可以发生更深的碘化反应，致使反应过程趋于复杂。为了避免这一现象的发生，可以控制碘的浓度远远小于丙酮和H+离子的浓度，由于碘的浓度小，更深的碘化反应就基本上可以避免。同时在反应进行的全过程中，丙酮和H+离子的浓度变化很小，可以忽略不计。根据朗伯比尔定律，碘溶液对单色光的吸收遵循下列关系：lgT = lg II0 = bc = A (4) 式中： T 为透光率； A为吸光度； I 和 I0 分别为某一定波长的光线通过待测溶液和空白溶液后的光强； 为摩尔吸收系数； b 为比色皿光径长度。 在一定条件下，和 b 为常数，保持丙酮和酸的溶度不变，由（1）得：CI2= kCCH3COCH3CHCIt + B （5）将（4）带入（ 5）得：lgT = k CCH3COCH3CHCIt + B （6）以 lgT 对 t 作图，其斜率为kCCH3COCH3CHCI，b 可通过测定一已知溶度的碘溶液的透光率求得，当CCH3COCH3CHCI已知时，则可以算出反应的总速率常数K。只要已知两个温度速率常数，就可根据阿累尼乌斯方程求活化能：Ea = RT1T2T1-T2 InK2K1 （7）由于实验室没有恒温槽，因此活化能无法求得。三、仪器及试剂仪器： 722 分光光度计一套； 20 ml 移液管 5 支； 50 ml容量瓶；洗耳球1个，秒表 1 块。试剂： 2.00mol/L 丙酮溶液； 1.00mol/L 盐酸； 0.01mol/L 碘溶液 . 四、操作步骤 1调整分光光度计（分光光度计的使用详见本丛书第一分册仪器部分），将波长调到 560 nm处，并在整个实验过程中，始终保持此值不变。 2取一个厚度为1 cm 的干燥、洁净比色皿，注入25。C蒸馏水，擦干比色皿外表面后，比色皿架上，置于光路中，拉动比色槽拉杆，调节光亮调节器，使光点检流计光斑的中线准确调到光密度为0 处。 用移液管取 10mL碘的标准液，注入 50mL容量瓶中加水稀释至刻度， 摇匀，放置 10min，取瓶内碘液洗涤比色皿3 次后注满，测其透光率。重复3 次，取平均值。每次测定前都必须用蒸馏水校正零点。利用公式（4）求b。 3. 丙酮碘化过程中透光率的测定。（1）取 4 个洁净、干燥的 50mL容量瓶，用移液管按表1 的用量，依次加入碘溶液、 HCI溶液、和 H2O ，塞好瓶塞，充分混合。表 1 溶液的用量容量瓶编号标准碘溶液 /mL 标准盐酸溶液/mL 标准丙酮溶液/mL 蒸馏水 /mL 1 10 5 10 25 2 10 5 5 30 3 10 10 10 20 4 5 5 10 30 （2）另取一容量瓶加入约50mL丙酮标准溶液与上述4 瓶一起放置 10min，取出 1 号瓶，用移液管加入上述丙酮溶液5mL ，马上摇匀，用此溶液洗涤比色皿3 次后注满放入比色皿架上，置于光路中，每隔1min 读一次数，取 10 组数。用同样方法测定 2、3、4 号溶液在不同反应时间的透光率。每种溶液测定之前，需用蒸馏水校正零点。五、数据记录与处理（1）将实验数据填入下表室温： 25。C 大气压： 100.7KPa CI2：0.01mol/L 表 2 摩尔吸光系数的测定编号1 2 3 平均值吸光度 A 0.657 0.649 0.655 0.654 根据 A =bc 求得：b = 65.4 表 3 25。C时不同反应时间下的透光率的对数值lgT 1 2 3 4 1 -0.697 -0.670 -0.645 -0.340 2 -0.690 -0.664 -0.634 -0.335 3 -0.684 -0.658 -0.622 -0.33 4 -0.676 -0.652 -0.609 -0.324 5 -0.668 -0.647 -0.595 -0.32 6 -0.659 -0.643 -0.582 -0.315 7 -0.651 -0.638 -0.567 -0.310 8 -0.643 -0.634 -0.552 -0.306 9 -0.637 -0.63 -0.539 -0.301 10 -0.629 -0.627 -0.525 -0.295 (2) 以 lgT 对时间作图，得一直线，求直线斜率，并求出反应速率常数。图 1 25。C时 lgT t 图（3）由图知，第二、三组数据偏差较大，对四条直线线性拟合的直线方程，算出平均斜率：Y = - 0.7058 + 0.00771 * X 斜率 = 0.00771 编号lgT t/min 0246810-0.70-0.65-0.60-0.55-0.50-0.45-0.40-0.35-0.30Y = - 0.7058 + 0.00771 * X BlgTt/min即：kCCH3COCH3CHCI= 0.00771 已知 CCH3COCH3=2.00mol/L ，CHCI=1.00mol/L ，= 65.4 。由 nB=(lg(ri/rj)/lgm式计算丙酮，酸和碘的分级数，建立丙酮碘反应速率方程式：=(lg(r3/r2)/lg2=1.013=1 =(lg(r3/r1)/lg2=0.860=1 =(lg(r4/r2)/lg2-1=0.020=0 所以速率方程为：r = dCI2dt = kC1CH3COCH3CHCI0CI21= kCCH3COCH3CI2 (4) 由 1、2、3、4 号瓶中丙酮和酸的初始溶度计算四种不同溶度的反应速率常数，求其平均值。k1= 8.065 X 10-5L/(mol*min)，k2=7.248 X 10-5L/(mol*min) k3=7.300 X 10-5L/(mol*min)，k4=7.35 X10-5L/(mol*min) k（平均 )=7.491 X 10-5L/(mol*min) 六注意事项1温度对化学反应速度的影响很大，因此本实验要求在恒温条件下进行。2实验所需溶液均要准确配制。3混合反应溶液时操作要迅速准确。4.测量中随时要校正吸光度A 的零点。七思考题 1. 动力学实验中，正确计算时间是很重要的实验关键。本实验中，将丙酮溶液加入盛有 I2和 HCl 溶液的碘瓶中时， 反应即开始， 而反应时间却以溶液混合均匀并注入比色皿中才开始计时，这样做对实验结果有无影响，为什么？答：理论上有影响，但实际上几乎没有影响，理论系统误差小于千分之一。而且反应刚开始会有很多不确定因素反应液是否完全混匀、生成中间体浓度需要多长时间达到稳态近似法处理的条件dMdt = 0 等。2. 本实验结果表明碘的浓度对反应速率有何影响？答：在碘的浓度不是低到不能发生反应或高到引起其他效应的的情况下，碘的浓度对反应速率影响可以忽略。 3.本实验对于丙酮溶液和HCl 的初始浓度相对于I2的初始浓度有何要求？为什么？答：在 CA CI2、CH+CI2及反应进程不大的条件下进行实验。