复杂反应——丙酮碘化反应实验报告

经稀释后碘液浓度为 0.来自百度文库02120mol/L，因此，
ƐL
=
������ ������
=
0.3685 0.002120
������������������−1
∙
������
=
173.82������������������−1
∙
������
3.2.2 作出 A-t 图计算反应速率 r
在前面实验原理中已经提到，本实验由于对碘为零级反应，是通过让酸和丙酮充分过量，从而使得反
个吸收带中，盐酸和丙酮没有明显的吸收，所以可以采用分光光度计测定光密度的变化（也就是 I－3 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 I－3 、 I2 和 I－ 的平衡：
I2 + I−⇌I3—
（3）
其中 I2 在这个吸收带中也吸收可见光。根据朗伯-比尔定律：
表 3 溶液的配比表 丙酮溶液 V/ml 5 2.5 5 5 5
盐酸溶液 V/ml 5 5 2.5 5 5
表4 组I 时间 吸光度
0
0.625
1
0.625
2
0.624
3
0.624
4
0.624
…
…
856 0.078
857 0.077
858 0.077
859 0.076
860 0.076
表 5 组 II
3 结果与讨论
3.1 原始实验数据
3.1.1 碘溶液吸光度
吸光度
表 2 碘溶液吸光度
第一组
第二组
0.368
0.369
平均值 0.3685
3.1.2 不同条件下习惯度随时间的变化
3
不同条件如下：
I（25℃） II（25℃） III（25℃） IV（25℃） V（35℃）
复杂反应——丙酮碘化反应
碘溶液 V/ml 5 5 5 7.5 7.5
3.2.4 计算反应速率系数
根据公式k = ������������(������)������������������(������+)分别计算得到：
8
复杂反应——丙酮碘化反应
化 22 何一白
表 10 反应速率常数
组别
I
II
III
IV
V
r(mol/(L·s))
3.708E-06 1.852E-06
3. 开启恒温槽，检查水路是否通畅和漏水。
将装入已标定好的碘溶液、丙酮溶液、盐酸溶液的玻璃瓶放入恒温槽中恒温。恒温槽温度设定在 20℃。
到达设定温度并恒定 10 分钟后开始实验。
4. 打开分光光度计电源开关，波长调至 565nm，预热一段时间后放入装有已恒温的去离子水的比色皿，
作为空白调零。
5. 测定 Lε 值。准确移取 2.5ml 碘溶液于 25ml 容量瓶中，用已恒温的去离子水稀释至刻度，摇匀，
因为 ε 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 ε I－3 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，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。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。 且只要酸度不很高，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
2 H+ 和 I－3 的初始浓度相同。由（7）式可得：
可得到
rΙ = kcα A, Ι cδ H+, Ι = uα rΙΙ kcα A, ΙΙ cδ H+, ΙΙ
lg rΙ
α=
rΙΙ lgu
同理可求出指数 ， ：
（8） （9）
lg rΙ
=
r lgw
（10）
lg rΙ
复杂反应——丙酮碘化反应
姓名：何一白 学号：2012011908 班级：化 22 同组实验者姓名：苏剑晓
实验日期：2014.10.23 提交报告日期：2014.11.8
带课老师姓名：麻英
1 引言（简明的实验目的/原理）
1.1 实验目的
1. 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。 2. 通过本实验加深对复合反应特征的理解。 3. 熟练掌握分光光度计的原理和使用方法。
支；5ml 移液管1 支；25ml 容量瓶1个；镊子；洗瓶。
0.02120 mol/L 碘溶液；1.436 mol/L HCl 溶液；3.372 mol/L 丙酮溶液
2.2. 实验条件
温度 20.1℃，气压 102.4kPa，相对湿度 13%。
2.3. 实验操作步骤及方法要点
1. 检查仪器和药品。
2. 接通电源。
…
…
594
0.001
595
0.001
596
0.001
597
0.001
598
0.001
3.1.3 所用溶液浓度 丙酮：3.372mol/L 盐酸：1.436mol/L 碘液：0.02120mol/L
3.2 计算的数据、结果
3.2.1 计算 ƐL 值
4
化 22 何一白
复杂反应——丙酮碘化反应
化 22 何一白
1019
0.29
1020
0.289
表 7 组 IV
时间 吸光度
0
0.903
1
0.903
2
0.903
3
0.902
4
0.902
…
…
1018 0.262
1019 0.262
1020 0.261
1021 0.261
1022 0.26
表8 组V
时间
吸光度
0
0.81
1
0.81
2
0.809
3
0.808
4
0.807
（5）
复杂反应——丙酮碘化反应
在特殊情况下，即波长 λ=565nm 时， ε I－3 = ε I2 ，上式变为
化 22 何一白
D = D I－3 + DI2 = ε I－3 L c I－3 + cI2
（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 I－3 和 I2 浓度之和成正比。
应过程中反应速率基本不变，然后通过 A-t 关系求得反应速率 r。但是在初始阶段，由于加入不久可
能混合不够均匀，反应不够稳定，此段反应速率可能不准确，故可以酌情略去。而在反应后期，虽然
酸和丙酮过量，但是反应过程中还是有一定消耗，会使得反应速率略有下降，因此也可酌情略去。总
体上，取中段数据比较合理，反应速率比较稳定，也比较准确。下面各组取的数据位置根据数据总的
������������
-0.000324444，R2=0.999602501
IV. 用 Origin 作出 A-t 图如下：
7
复杂反应——丙酮碘化反应
取中段 100-960 的数据，得到斜率为������A = -0.000644629，R2= 0.999416926
������������
V. 用 Origin 作出 A-t 图如下：
r(mol/(L·s))
3.708E-06
1.852E-06 1.867E-06 3.709E-06
V -0.00168621 9.701E-06
3.2.3 计算反应级数 丙酮α = ������������������������������������������ = 1.00156
������������������
1.2 实验原理
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+I－3 H+ CH3COCH2I+H+ +2I－
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：
r =
-dcA -dc
=
I－3
dt
dt
= dcE =kcα Acβ
5
2.5
5
III（25℃）
5
5
2.5
IV（25℃）
7.5
5
5
V（35℃）
7.5
5
5
7. 按表中的量，准确移取已恒温的三种溶液于 25ml 容量瓶中（碘溶液最后加），用去离子水稀释至
刻度，摇匀，润洗比色皿 3 次，然后将装有 2/3 溶液的比色皿置于样品室光路通过处，盖好盖子，同时利
用计算机或秒表（每隔 1min 或 2min 记录一次数据）开始记录吸光度值变化（如果分光光度计没有带恒
温水浴夹套注意只取反应开始一段时间的数据）。
8. 做完 20℃下的全部四个实验后，再升高恒温水浴温度到 30℃进行第五组的实验。
2.4. 注意事项
1. 实验时应当先加丙酮、盐酸溶液，最后加碘溶液。否则碘会先与丙酮发生反应。
2. 实验操作尽量迅速，如果将溶液在室温下放置会降温，导致反应温度不恒定。
3. 第一组数据是其余各组数据比较的参照组，十分重要，因此要等到温度充分稳定后，最后一个测定。
dt
I－3 cδ
H+
（1） （2）
式中：r—反应速率；k—速率系数；c A 、c I－3 、c H+ 、c E —分别为丙酮、碘、氢离子、碘
化丙酮的浓度， mol dm-3 ； 、 、 —分别为反应对丙酮、碘、氢离子的分级数。
反应速率、速率系数及反应级数均可由实验测定。因为 I－3 在可见光区有一个比较宽的吸收带，而在这
碘β = ������������������������������������������ = 0.00066
������������������
盐酸δ = ������������������������������������������������ = 0.990
������������������
时间
吸光度
0
0.634
1
0.634
2
0.633
3
0.633
4
0.633
…
…
1196
0.251
1197
0.251
1198
0.251
1199
0.25
1200
0.25
表 6 组 III
时间
吸光度
0
0.617
1
0.617
2
0.617
3
0.617
4
0.617
…
…
1016
0.291
1017
0.29
1018
0.29
D = εLc 式中：D—光密度（消光度）； ε —吸收系数； L —比色皿的光径长度； c —溶液的浓度。
（4）
含有 I－3 和 I2 溶液的总光密度 D 可以表示为 I－3 和 I2 两部分光密度的和，即：
D = D I－3 + DI2 = ε I－3 Lc I－3 + ε I2 LcI2
化 22 何一白
取中段 320-540 的数据，得到斜率为������A = -0.001686206，R2= 0.999832412
������������
根据斜率和之前计算的ƐL值，可以求得：
表 9 各组反应速率
I
II
III
IV
dA/dt
-0.00064456 -0.00032190 -0.00032444 -0.00064463
β=
rΙV lgx
（11）
根据（2）式，由指数、反应速率和各浓度数据可以算出速率系数 k。由两个或两个以上温度的速率系 数，根据阿累尼乌斯公式
可以估算反应的表观活化能 Ea。
k = Ae-Ea/RT
（12）
2 实验操作
2
复杂反应——丙酮碘化反应
化 22 何一白
2.1 实验药品、仪器型号
计算机与接口1套；722S型分光光度计（比色皿2个）；恒温槽1套；10ml移液管1支；5ml刻度移液管3
5
复杂反应——丙酮碘化反应
化 22 何一白
取中段 60-960 的数据，得到斜率为������A =
������������
-0.000321904，R2= 0.999631857
III. 用 Origin 作出 A-t 图如下：
6
复杂反应——丙酮碘化反应
化 22 何一白
取中段 50-900 的数据，得到斜率为������A =
组数略有不同，总体上使用中间段。第 5 组由于前后有较为明显的弯曲，取中间线性比较好的 320-540s
段。
I.用 Origin 作出 A-t 图如下：
取中段
50-720
的数据，得到斜率为������A
������������
=-0.000644558，R2=
0.999561598
II. 用 Origin 作出 A-t 图如下：
-dc r =
I－3
dt
= dcE = kcα Acβ
dt
I－3
cδ
H+
= kcα Acδ
H+
= 常数
（7）
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 α，至少需进行两次实验。在两次实验中丙酮的初始浓度不同
润洗比色皿 3 次，然后将装有 2/3 溶液的比色皿置于样品室光路通过处，盖好盖子。更换碘溶液再重复测
定两次，取其平均值求 εL 值。
6. 测定四种不同配比溶液的反应速度。四种不同溶液的配比见下表。
表 1 溶液的配比表
碘溶液 V/ml
丙酮溶液 V/ml
盐酸溶液 V/ml
I（25℃）
5
5
5
II（25℃）