丙酮碘化反应数据处理

丙酮碘化反应
物理化学实验报告2010-05-09 18:29:22 阅读70 评论0 字号：大中小订阅
一、实验目的
1．利用分光光度计测定酸催化时丙酮碘化反应的反应级数、速度常数；
2．掌握分光光度计的使用方法；
二、实验原理
丙酮碘化反应是一复杂反应，反应方程式为：
H+是反应的催化剂，因丙酮碘化反应本身有H+生成，所以，这是一个自动催化反应，又因为反应并不停留在生成一元碘化丙酮上，反应还继续下去。

所以应选择适当的反应条件，测定初始阶段的反应。

因碘溶液在可见光区有宽的吸收带，而在此吸收带中盐酸、丙酮、碘化丙酮和碘化钾溶液则没有明显的吸收，所以可采用分光光度计法直接观察碘浓度的变化，从而测量反应的进程。

根据公式：al=(lg100-lgT)/CI2 求得比色皿的al值
该反应的速率方程可表示为：
v=dC E /dt = -dC A/dt = -dC I 2/dt = kC p A C q I 2 C r H+
式中CE,CA,CI2,CH+ 分别为碘化丙酮，丙酮，碘，盐酸的浓度；k为速度常数；指数p,q,r分别为丙酮，碘和氢离子的反应
级数。

实验证实在本实验条件下，丙酮碘化反应对碘是零级反应，即q为零。

所以，
v= dC E /dt = kC p A C r H+
对上式积分后可得：
C E = kC p A C r H+ t + C
又由于dC E /dt = -dC A/dt = -dC I 2/dt
A = alC I2( 比尔-兰伯定理：A为吸光度；T为透光度)
A = -lg T
al=(lg100-lgT)/C I2
得：lg T = k(al) C p A C r H+ t + B
由lgT对t做图，通过其斜率m可求得反应速度，即：m=k(al) C p A C r H+
又有：v =m/(al)
为了确定反应级数P，至少进行两次实验，用脚注数字分别表示各次实验。

当丙酮初始浓度不同，而氢离子、碘的初始浓度
分别相同时，即：
c A2= u c A1，c H+2= c H+1，C I22= C I21
则有：v2/v1=kc p A2 c r H+2 c q I2 2/kc p A1c r H+1 c q I2 1=u p
lg(v2/v1)=plgu
p=lg(v2/v1)/lgu=(lgm2/m1)/lgu
同理：当丙酮、碘的初始浓度分别相同，而酸的浓度不同时，即：
c A3= c A1 c I2 3= c I21c H+3= ωc H+1
这样便可得出：r=(lgv3/v1)/lgω
又因为：c A4 = c A1c H+4 = c H+1c I2 4= xc I21
则有：q=(lgv4v1)/lgx
从而做四次实验，可求得反应级数p、r、q。

三、实验仪器及药品
仪器：unico 2000型分光光度计、秒表、6个容量瓶（50ml）、移液管（5ml、10ml）药品：标准碘溶液（0.01095mol·L-1）、标准盐酸溶液（1.0254mol·L-1）、标准丙酮溶液（2mol·L-1）
四、实验步骤
1．将分光光度计的波长调到520纳米处。

用蒸馏水调节分光光度计，使其处于透光率“100”的位置上。

2．求al值。

取5ml 标准碘溶液（0.01095mol.L-1）在50ml的容量瓶中配制0.001095mol.L-1 碘溶液，测其透光率，更换
碘溶液再重复测两次，取其平均值，求al值。

3．丙酮碘化反应的速度常数的测定。

用移液管分别吸取标准碘溶液（0.01095mol.L-1）10ml、10ml、10ml、5ml，注入1到4号的4只干燥的50ml容量瓶中，另取一只移液管分别向1到4号容量瓶中加入标准盐酸溶液（1.0254mol.L-1）5ml、5ml、10ml、5ml。

往1号瓶中加入标准丙酮溶液（2mol.L-1）10ml，当丙酮溶液加入一半时开始计时，然后加入蒸馏水迅速定容到50ml ，摇匀，用其中的溶液清洗比色皿二次，测其透光率，每隔一分钟记录一次数据，直到取10到12个数据为止。

分别向2、3、4号瓶中加入5ml、10ml、10ml，用同样的方法测定不同时间的透光率。

五、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，从反应物开始混合，到开始读数，中间有一段不很短的
操作时间，这对实验结果有无影响？
答：无影响。

因为测得的透光率仍是该时刻本来的透光率，作出的曲线仍与原来曲线斜率一样，所以这样做对实验结果无影
响。

2．影响本实验结果精确度的主要因素有哪些？
答：主要因素有：
（1）准确量取和配制溶液；
（2）测量之前混合液要充分地摇匀；
（3）保持比色皿的清洁；
（4）在测定过程中用蒸馏水多次校正透光率“0”点和“100”点；
（5）读数时要迅速准确。

六、数据处理
1．求al
CI2=0.002000mol/L al=(lg100-lgT)/CI2
2．混合溶液的时间-透光率温度：22.2℃
3．混合溶液的丙酮、盐酸、碘的浓度
4.用表中数据，以lgT对t作图，求出斜率m。

1号：lgT与t的关系曲线图：拟合曲线：y = 0.02855x + 1.39375
2号：lgT与t的关系曲线图：拟合曲线：y = 0.01553x + 1.25896 3号：lgT与t的关系曲线图：拟合曲线：y = 0.06049x + 1.4654
4号：lgT与t的关系曲线图：拟合曲线：y = 0.0324x + 1.60162
由上得出它们的斜率分别为：
1号：y = 0.02855x + 1.39375 m1=0.02855
2号：y = 0.01753x + 1.25896 m2=0.01753
3号：y = 0.06049x + 1.4654 m3=0.06049
4号：y = 0.0324x + 1.60162 m4=0.0324
5．计算反应级数（p，r，q）
①因为：v =m/(al) 所以：ν2/ν1= m2 /m1
又因为：u c A1= c A2
所以：u = c A2 /c A1 = 0.2000/0.4000=0.500
lgu = lg0.500 = -0.301
而lg(ν2/ν1)=lg（m2 /m1）=lg（0.01753/0.02855）= -0.212 由于lg(ν2/ν1)=plgu ，p=lg(ν2/ν1)/lgu = -0.212/（-0.301）=0.704≈1
②因为：c H+3= ωc H+1ω=c H+3/c H+1 =0.39914/0.19957=2.00
而lg(ν3/ν1)=lg（m3 /m1）=lg（0.06049/0.02855）= 0.326
r=(lgν3/ν1)/lgω=0.326/lg2.00=1.083≈1
③因为：c I2 4= xc I21X = c I2 4/c I21 =0.00200/0.00400=0.500
而lg(ν4/ν1)=lg（m4 /m1）=lg（0.0324/0.02855）=0.0549
q=(lgν4/ν1)/lgx=0.0549/lg0.5=-0.1825≈0
6、计算速度常数k值（令p=r=1,q=0）(测量时温度：22.2℃)[mol.L-1]-1[min]-1
因为：m=k(al)c p A c r H+所以，k = m/(al)C A C H+
k1=m1/(al)c A1c H+1 =0.02855/(183.27*0.4*0.19957)=1.951*10-3 [mol.L-1]-1[min]-1 k2=m2/(al)c A2c H+2 =0.01753/(183.27*0.2*0.19957)= 2.396*10-3 [mol.L-1]-1[min]-1 k3=m3/(al)c A3c H+3 =0.06049/(183.27*0.4*0.39914)= 2.067*10-3 [mol.L-1]-1[min]-1 k4=m4/(al)c A4c H+4 =0.0324/(183.27*0.4*0.19957)= 2.215*10-3 [mol.L-1]-1[min]-1 k=1/4(k1+k2+k3+k4)=1/4*(1.951+2.396+2.067+2.215)*10-3
=2.157*10-3 [mol·L-1]-1[min]-1。