丙酮碘化反应的速率方程

丙酮碘化反应的速率方程

Ⅰ、目的要求

1、掌握用孤立法确定反应级数的方法；

2、测定酸催化作用下丙酮碘化反应的速率常数；

3、通过本实验加深对复杂反应特征的理解。

Ⅱ、实验原理

大多数化学反应是由若干个基元反应组成的。这类复杂反应的反应速率和反应活度之间的关系大多不能用质量作用定律预示。以实验方法测定反应速率和反应物活度的计量关系，是研究反应动力学的一个重要内容。对复杂反应可采用一系列实验方法获得可靠的实验数据并据此建立反应速率方程式，以其为基础，推测反应的机理，提出反应模式。

孤立法是动力学研究中常用的一种方法。设计一系列溶液，其中只有某一物质的浓度不同，而其他物质浓度均相同，借此可以求得反应对该物质的级数。同样亦可以得到各种作用物的级数，从而确立速率方程。

丙酮碘化是一个复杂反应，其反应式为

(Ⅱ-19-1) 设丙酮碘化反应速率方程式为：

(Ⅱ-19-2) 式中k为反应速率常数，指数x、y、z分别为丙酮，酸和碘的反应级数。将该式取对数后可得：

(Ⅱ-19-3) 在上述三种物质中，固定其中两种物质的浓度，配置第三种物质浓度不同的

/dt)对该组分浓度的一系列溶液，则反应速率只是该物质浓度的函数。以lg(-dC

碘

对数作图，所得直线即为该物质在此反应中的反应级数。同理，可得其他两个物质的反应级数。

碘在可见光区有很宽的吸收带，可用分光光度计测定反应过程中碘浓度随时间变化的关系。按照比尔定律可得：

(Ⅱ-19-4) 式中A为吸光度，T为透光率，I和I0分别为某一特定波长的光线通过待测溶液和空白溶液后的光强，a为吸光系数，b为样品池光径长度，以A对时间t

/dt)，测得a和b，可算出反应速率。

作图，斜率为a*b(-dc

碘

若c丙酮≈c HCl﹥﹥c碘，发现A对t作图后得一直线。显然只有在(-dc碘/dt)不随时间改变时才成立，意味着反应速率与碘的浓度无关，从而得知该反应对碘的级数为零。

当控制碘为变量时，反应过程中可认为丙酮和盐酸的浓度不变，又因为z为0，则由（2）积分可得：

(Ⅱ-19-5) 将（3）代入后可得：

(Ⅱ-19-6) Ⅲ、仪器试剂

722型光栅分光光度计超级恒温水浴

容量瓶（100ml）移液管（5ml，刻度）

碘量瓶（100ml）烧杯（50ml）

丙酮溶液（2.00ml/L）盐酸溶液（2.00ml/L）

碘溶液（0.02ml/L）

Ⅳ、实验操作步骤

1、对光

在3cm比色皿样品池中装2/3的蒸馏水。将波长调节盘调到520nm处，合上盖板，选择透射模式，调节拉杆位置到调零档，按下0%T使读数显示0.00。调节拉杆位置使装有蒸馏水的比色皿进入光路，用100%T按键使读数显示1.00。测量时，选择档调至吸光度（A）模式。

2、测量

将超级恒温水浴温度调至25.0℃，27.0℃或35.0℃，将装有蒸馏水的洗瓶和装有2.00 mol•m-1丙酮溶液的磨口瓶置于恒温水浴中恒温。在100mL容量瓶中移入一定体积的2.00 mol•m-1盐酸溶液和0.02 mol•m-1的碘溶液，再加入蒸馏水至约20mL，亦置于恒温水浴中恒温10min以上。

待溶液都恒温后，在容量瓶中移入已恒温的一定体积的丙酮溶液，加入已恒温的蒸馏水，稀释至刻度。迅速混匀后，计时，并尽快导入样品池中。读取722型分光光度计面板吸光度读数A，以后每隔一定时间读数一次，保证在吸光度回到0.100时能均匀采得6-10点，切勿少于5点。

3、配制溶液

按前述各溶液浓度范围配置反应体系。为求得反应级数，每个系列不得少于6个不同浓度的溶液。第一个反应溶液，可移取盐酸和丙酮溶液mL，碘溶液4.00mL，稀释至100mL。随后其他反应溶液中各反应物浓度可自行选择决定。

4、量取样品池光径长度

Ⅴ、数据记录及处理：

测定以下四种溶液的反应速率

1.数据记录

2.数据处理

作出溶液的吸光度A随时间t的变化曲线

编号1的图如下所示：

由上图可知斜率K1=-0.01079 编号2数据的图如下所示：

由上图可知斜率K2=-0.0154 编号3数据的图如下所示：

由上图可知斜率K 3=-0.01657

编号4

数据的图如下所示：

由上图可知斜率K 4=-0.01448

以lg(-dC

碘/dt)对lgC

碘

作图，可得斜率z=0

因x=1、y=1、z=0，由下面的公式可求得k

求得lg(-dC

碘

/dt)的平均值为（-4.22）+（-4.07）+（-4.04）+（-4.09）=-4.105

则有-4.105=lg k+lg2+lg2

解得k=1.963*10-3(mol·dm-3)-1·min-1

Ⅵ、问题讨论：

问：动力学实验中，正确计算时间是很重要的步骤。本实验中，从反应物开始混合到开始读数，中间有一段不短的操作时间，这对实验有无影响？

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d[M]/dt= 0 等。且因为实验是依据c（I3-）- t 取得反应速率k的。而在实验条件下，c（I3-）- t为一条直线，故计时稍晚，实验得到的数据是正确实验条件下的部分，但其仍为直线，直线的斜率仍旧是反应的速率k。但是如果计时过晚，使得I2反应殆尽，则d（I2）会很小，作图时容易出现大的误差。