13 实验十三 丙酮碘化反应
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cA4 cA1、cI 2 4 xcI 21、cH 4 cH 1
(lg
v3 ) v1
(lg
m3 ) m1
则有： q
(lg
v4 ) v1
lg x
(lg
m4 ) m1
lg x
(10)
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。
T1T2 k2 Ea 2.303R lg T2 T2 k1
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 al ；
2.作 lg T ~ t 关系图； 3.确定直线斜率 mi 值； 4.确定反应级数p、q、r的值； 5.计算反应速度常数 k i 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。
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 设定波长
设定时间
配制碘、丙酮、盐 酸及反应液
溴水及5号瓶
碘溶液及1-4号瓶
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：
dcE dcA dcI 2 p q r 反应速率：rA KcA cI 2 c H dt dt dt
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。
dcE -dcI2 p r rA kcA cH 常数 dt dt
p r cE dcI 2 kcA cH t C
(1)
(2)
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 c 。 I 根据朗白—比耳(Lambert-Beer)定律：
2
I0 1 D lg lg alc I 2 T I
(3)
式中 : I 0、I 分别为入射光强和出射光强，l 为比色皿光径长度，a 为吸收系数。 在波长、温度、溶剂等条件相同时a相同，cI2 为碘的浓度。
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 T ，求al值；即：
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 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 100ml具塞三角瓶 100ml具塞三角瓶 瓶子标示 1 2 3 4 丙酮 蒸馏水
0.01mol/L 碘溶液
10ml 10ml 10ml 5ml 无 无
1mol/L 盐酸
5ml 5ml 10ml 5ml 无 无
2.0mol/L 丙酮
10ml 5ml 10ml 10ml 80ml 无
蒸馏水
加水稀释50ml 加水稀释50ml 加水稀释50ml 加水稀释50ml
无 80ml
按下表加入丙酮的量
实验十三 丙酮碘化反应速 度常数的测定
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： H CH 3COCH3 I 2 CH 3COCH 2 I H I
文献值：
⑴.p=1、q=0、r=1
⑵.反应速率常数
t/ ℃ 0 103K/(L· mol-1· min-1) 0.69 25 1.72 27 2.16 35 5.28
⑶.活化能Ea=48kJ/mol
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？
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.若本实验中原始碘浓度不准确，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。
O
CH 3 - C -CH 3 H A
OH k1 k1
k
OH
[CH 3 - C -CH 3 ] B
OH l
[CH 3 - C -CH 3 ] B
OH l
CH 3 - C =CH 2 H + D
k2 OH l
CH 3 - C =CH 2 I 2 CH 3 - C -CH 2 I I - H + D E
调节恒温 温度t ℃ 测定碘溶 液的T值 测定1-4号反 应液的T值
再调节恒温 温度(t+5) ℃ 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）
lg 100 lg T al cI 2 ( 4)
（3）式代入（2）式中整理得：
p r lg T k (al)cA cH t B
(5)
由（4）式可知： 作 lg T ~ t 关系图 通过其斜率m可求得反应速率。即
p r m k (al)cA cH
(6)
源自文库（6）式与（1）式比较，则有
容量瓶编号 1 2 3 4
2.0mol/L丙酮溶液
10ml
5ml
10ml
10ml
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。
其中
i 1 、 2 、 3 、 4
反应级数的确定：
m2 m1 p 1 lg 2 lg
m lg 3 m1 r lg 2
m4 m1 q 1 lg 2 lg
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。
T1T2 k2 Ea 2.303R lg T2 T2 k1
m v al (7 )
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。 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：
cA2 ucA1、cI 2 2 cI 21、cH 2 cH 1
p v2 u pcA p 1 u p q r p v1 Kc A c c c 1 I21 H 1 A1 p q r Kc A c c 2 I2 2 H 2
则有：
p
(lg
v2 ) v1
lg u
(lg
m2 ) m1
lg u
(8)
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：
cA3 cA1、cI 2 3 cI 21、cH 3 wcH 1
则有： r (9) lg w lg w 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：
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？
计算
al
的平均值：
lg100 lg T al cI 2
两个温度分别计算
四个反应体系在不同时间的透光率
时间 瓶子号 1 2 3 4
3号瓶 lgT 1号瓶
2号瓶 4号瓶
0
lgT~t关系 图
t (min)
斜率
lg T2 lg T1 mi t t 2 1 i
(lg
v3 ) v1
(lg
m3 ) m1
则有： q
(lg
v4 ) v1
lg x
(lg
m4 ) m1
lg x
(10)
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。
T1T2 k2 Ea 2.303R lg T2 T2 k1
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 al ；
2.作 lg T ~ t 关系图； 3.确定直线斜率 mi 值； 4.确定反应级数p、q、r的值； 5.计算反应速度常数 k i 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。
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 设定波长
设定时间
配制碘、丙酮、盐 酸及反应液
溴水及5号瓶
碘溶液及1-4号瓶
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：
dcE dcA dcI 2 p q r 反应速率：rA KcA cI 2 c H dt dt dt
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。
dcE -dcI2 p r rA kcA cH 常数 dt dt
p r cE dcI 2 kcA cH t C
(1)
(2)
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 c 。 I 根据朗白—比耳(Lambert-Beer)定律：
2
I0 1 D lg lg alc I 2 T I
(3)
式中 : I 0、I 分别为入射光强和出射光强，l 为比色皿光径长度，a 为吸收系数。 在波长、温度、溶剂等条件相同时a相同，cI2 为碘的浓度。
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 T ，求al值；即：
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 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 50ml棕色容量瓶 100ml具塞三角瓶 100ml具塞三角瓶 瓶子标示 1 2 3 4 丙酮 蒸馏水
0.01mol/L 碘溶液
10ml 10ml 10ml 5ml 无 无
1mol/L 盐酸
5ml 5ml 10ml 5ml 无 无
2.0mol/L 丙酮
10ml 5ml 10ml 10ml 80ml 无
蒸馏水
加水稀释50ml 加水稀释50ml 加水稀释50ml 加水稀释50ml
无 80ml
按下表加入丙酮的量
实验十三 丙酮碘化反应速 度常数的测定
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： H CH 3COCH3 I 2 CH 3COCH 2 I H I
文献值：
⑴.p=1、q=0、r=1
⑵.反应速率常数
t/ ℃ 0 103K/(L· mol-1· min-1) 0.69 25 1.72 27 2.16 35 5.28
⑶.活化能Ea=48kJ/mol
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？
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.若本实验中原始碘浓度不准确，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。
O
CH 3 - C -CH 3 H A
OH k1 k1
k
OH
[CH 3 - C -CH 3 ] B
OH l
[CH 3 - C -CH 3 ] B
OH l
CH 3 - C =CH 2 H + D
k2 OH l
CH 3 - C =CH 2 I 2 CH 3 - C -CH 2 I I - H + D E
调节恒温 温度t ℃ 测定碘溶 液的T值 测定1-4号反 应液的T值
再调节恒温 温度(t+5) ℃ 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）
lg 100 lg T al cI 2 ( 4)
（3）式代入（2）式中整理得：
p r lg T k (al)cA cH t B
(5)
由（4）式可知： 作 lg T ~ t 关系图 通过其斜率m可求得反应速率。即
p r m k (al)cA cH
(6)
源自文库（6）式与（1）式比较，则有
容量瓶编号 1 2 3 4
2.0mol/L丙酮溶液
10ml
5ml
10ml
10ml
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。
其中
i 1 、 2 、 3 、 4
反应级数的确定：
m2 m1 p 1 lg 2 lg
m lg 3 m1 r lg 2
m4 m1 q 1 lg 2 lg
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。
T1T2 k2 Ea 2.303R lg T2 T2 k1
m v al (7 )
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。 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：
cA2 ucA1、cI 2 2 cI 21、cH 2 cH 1
p v2 u pcA p 1 u p q r p v1 Kc A c c c 1 I21 H 1 A1 p q r Kc A c c 2 I2 2 H 2
则有：
p
(lg
v2 ) v1
lg u
(lg
m2 ) m1
lg u
(8)
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：
cA3 cA1、cI 2 3 cI 21、cH 3 wcH 1
则有： r (9) lg w lg w 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：
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？
计算
al
的平均值：
lg100 lg T al cI 2
两个温度分别计算
四个反应体系在不同时间的透光率
时间 瓶子号 1 2 3 4
3号瓶 lgT 1号瓶
2号瓶 4号瓶
0
lgT~t关系 图
t (min)
斜率
lg T2 lg T1 mi t t 2 1 i