丙酮碘化反应速率常数的测定（最新讲义）(1)

丙酮碘化反应速率常数的测定

一、目的及要求

1、掌握孤立法确定反应级数的原理和方法。

2、测定酸催化作用下丙酮碘化反应的速率方程和速率常数。 3、通过本实验加深对复杂反应特征的理解。 4、进一步掌握分光光度计的原理和使用方法。 二、实验原理

1、反应速率的测定

CH3COCH3＋nH+＋I2=CH3COCH2I＋(n+1)H++I- (a) 在实验条件下，丙酮碘化反应将按(a)的方式进行，其速率方程为：

c(丙酮）?c(H?)?c(I2) (b) v=－[dc(I2)/dt]=k·

在酸的浓度较低的条件下，实验证明q=0，即反应(a)的速率与c(I2)无关。 因为实验中c(丙酮)?c(I2)，c(H?)?c(I2)，可认为c(丙酮)和c(H?)为定值，故

prqc(丙酮）?c(H?)= 常数 (c) v =－[dc(I2)/dt]=k·

c(丙酮）?c(H?)?t?B (d) 积分(c)式可得 c(I2)= －k·

在反应(a)的混合溶液中，只有碘在可见光范围内产生光吸收，按朗伯-比尔定律：

prprA?a?l?c(I2)= lg(1/T )=－lgT (e)

解出c(I2)： c(I2)=A/(a·l )=－lgT /(a·l ) (f) 根据式(f)，测定了已知浓度的标准碘溶液的吸光度A即可求得(a·l )。

c(丙酮）?c(H?)?t－B·将(f)代入(d)式整理后得：lgT=k·(a·l)·a·l (g) c(丙酮）?c(H?) (h) 可见以lgT对t作图为直线，斜率：m = k·(a·l) ·c(丙酮）?c(H?) = m/(a·比较(c)、(h)式得：v =k·l ) (i)

2、反应分级数p、q、r的确定(孤立法)

(1) p的确定

由1、2号试液由上述关系求得v1、v2后：

prprprc(丙酮,1）?c(H?,1)?c(I2,1)]/ [k·c(丙酮,2）?c(H?,2)?c(I2,2)]=2p v1/v2= [k·

（其中c(丙酮,1)= 2c(丙酮,2)；c(H+,1)= c(H+,2)；c (I2,1)= c (I2,2) ）

上式两边取对数可得：p =[lg(v1/v2)]/lg2 (2) r的确定

由1、3号试液同理可得：r =[lg(v3/v1)]/lg2 (3) q的确定

由1、4号试液同理可得：q =[lg(v1/v4)]/lg2，直接求得的p、q、r取整为最接近的整数。 3、速率常数的求算

prqprqc(丙酮）?c(H?)?c(I2)后，分别代入1—4号由上述方法确定丙酮一碘代反应速率方程v = k·

试液的v、c(丙酮)、c(I2)等数据，即可求出速率常数k，取平均值。

prq 1

三、实验仪器和试剂

1、主要仪器：分光光度计、秒表、5 mL和10 mL移液管各三支、50 mL容量瓶5个。 2、主要试剂：0.01 mol/L标准碘溶液，1.0 mol/L HCl溶液，2 mol/L丙酮溶液。 四、实验步骤

1、由于分光度计无恒温水夹套，本实验在室温下进行，注意记录开始测定和测定最后 一个样品时的室温，取二者平均值为实验温度。

2、预热分光光度计20分钟以上，反复调节分光光度计零点和透光100，直至达到要求。 3、将标准碘溶液（0.0103184 mol/L）稀释10倍，以蒸馏水作参比，选择500 nm为测 定波长，测定（a·l）值。必须重复测定三次，每次均需要换标准碘溶液，取三次测定的平均值。

4、配制1号样品溶液，测定其不同时间的吸光度。其具体方法是：用不同的移液管分别移取0.01 mol·L-1标准碘溶液10 mL、1 mol·L-1标准HCl溶液5 mL于1号瓶中，再移取2 mol·L-1标准丙酮溶液10 mL迅速加入1号瓶，当丙酮溶液加到一半时开始计时，然后用蒸馏水将此混合液定容至刻度，摇匀。用此混合液将比色皿清洗干净，将此溶液装入比色皿（计时后的整个操作过程应迅速进行），以蒸馏水作参比，测定不同时间的吸光度。自第一次读数并记下时间和数据后，每隔2分钟测一次，直到取得10～12个数据为止。

5、按照4同样方法，分别测定2～4号样品溶液不同时间的吸光度。若测定中吸光度变化较大，则可改为每隔1分钟或更短的时间测一次，记下相应的时间和数据。

6、实验完毕后，洗净实验过程中使用的仪器。 五、数据记录和处理 1、溶液配置表： 编号 1 2 3 4 2、求al c(I2)/mol.L-1 吸光度A 平均值 a·l 标准碘溶液/mL 10 10 10 5 标准HCl/mL 5 5 10 5 标准丙酮溶液/mL 10 5 10 10 蒸馏水 /mL 25 30 20 30 c(丙酮) /mol.L-1 c(HCl) /mol.L-1 /mol.L-1 c(I2) 3、混合溶液时间-吸光度

实验开始温度： ℃ 实验结束温度： ℃ 编号 1 项目 时间/min 吸光度A lgT 时间/min 2 吸光度A lgT 3

数据 2

时间/min 吸光度A lgT 时间/min 4 吸光度A lgT 4、根据实验数据结合实验原理通过以lgT对t作图（或一元线性回归法）求出斜率m，由此得到反应级数和反应速率常数k值——

⑴ 由(i)式计算反应速率v； ⑵ 确定反应级数p、r、q；

c(丙酮）?c(H?)?c(I2)，并将四组溶液的v⑶ 计算速率常数k：将上述p、r、q值代入v =k·

值和相应反应物浓度代入，可算出四组速率常数k，取平均值。 六、注意事项

1．由于分光光度计使用过程中会发热，比色皿座舱温度会明显升高，为保证实验温度

确为室温，测定溶液吸光度时，每次测定后，要立即将分光光度计的盖板打开。

2．测定反应混合液不同时间的吸光度时，时间和吸光度读数必须同步。为此，可在操作时打5秒的提前量。 七、思考题

1．本实验中，将丙酮溶液加入含有碘和盐酸的容量瓶时不立即计时，而在注入比色皿 时才开始计时是否可以？为什么？

2．影响本实验结果准确度的主要因素有哪些？

3．分光光度计使用中，将蒸馏水从样品池倒出后，若样品架未完全复位，对结果有无影响？

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