實(shí)驗(yàn)十九 丙酮碘化反應(yīng)速率方程的確定

1、實(shí)驗(yàn)十九 丙酮碘化反應(yīng)速率方程的確定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 掌握微分法確定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法2 加深對(duì)復(fù)雜反應(yīng)特征的理解3 了解分光光度法在化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究中的應(yīng)用，掌握分光光度計(jì)的使用方法二、實(shí)驗(yàn)原理化學(xué)反應(yīng)速率方程的建立是化學(xué)動(dòng)力學(xué)研究的一個(gè)重要內(nèi)容。通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定不同時(shí)刻的反應(yīng)物濃度，獲得一系列數(shù)據(jù)，應(yīng)用作圖法、嘗試法、半衰期法和微分法等方法以確定反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)。有了這些數(shù)據(jù)就可以確定有關(guān)反應(yīng)的速率方程。對(duì)于較復(fù)雜的反應(yīng)級(jí)數(shù)確定常采用孤立濃度的微分法和改變物質(zhì)數(shù)量比例的微分法。丙酮碘化是一個(gè)復(fù)雜反應(yīng)，其反應(yīng)式為設(shè)丙酮碘化反應(yīng)速率方程式為： （19.1）式中：r為丙酮碘化的反應(yīng)速率，k為反應(yīng)速率常數(shù)，

2、指數(shù)、和分別為丙酮，酸和碘的分級(jí)數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用改變物質(zhì)比例的微分法，設(shè)計(jì)若干組實(shí)驗(yàn)，若一組實(shí)驗(yàn)保持丙酮和酸的濃度不變，將碘的濃度改變m倍測(cè)其反應(yīng)速率，以確定碘的分級(jí)數(shù)。另一組實(shí)驗(yàn)保持丙酮和碘的濃度不變，將酸的濃度加大m倍，可確定出酸的分級(jí)數(shù)。同法可確定出丙酮的分級(jí)數(shù)。所依據(jù)的計(jì)算公式為 （19.2）式中：nB為所求組分的分級(jí)數(shù)，ri 和rj為有關(guān)兩組實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)速率，m為濃度改變的倍數(shù)。在一定條件下，丙酮碘化并不停留在一元碘化丙酮上，可能會(huì)形成多元取代，碘濃度較大時(shí)尤其如此。為了避免副產(chǎn)物的干擾，所以采用初始速率法，測(cè)定反應(yīng)開始一段時(shí)間的反應(yīng)速率。此外，實(shí)驗(yàn)可設(shè)計(jì)碘的濃度遠(yuǎn)小于丙酮和酸的濃度，這

3、樣不僅可避免多元取代的生成，而且在反應(yīng)過程中，丙酮和酸的濃度可視為常數(shù)，在碘反應(yīng)完之前，反應(yīng)速率可視為常數(shù)。碘在可見光區(qū)有一個(gè)很寬的吸收帶，可以很方便的通過分光光度測(cè)定碘濃度隨時(shí)間的變化來量度反應(yīng)進(jìn)程。根據(jù)朗伯-比耳定律，碘溶液對(duì)單色光的吸收遵守下列關(guān)系式： （19.3）式中：T為透光率， I 和I0 分別為某一定波長(zhǎng)的光線通過待測(cè)溶液和空白溶液后的光強(qiáng)，為摩爾吸光系數(shù)，b 為比色皿光徑長(zhǎng)度。在一定條件下，和b為常數(shù)，以lgT對(duì) t作圖，其斜率為，已知b，則可以算出反應(yīng)速率常數(shù)。三、儀器與試劑722分光光度計(jì) 1套 丙酮標(biāo)準(zhǔn)液-1)超級(jí)恒溫槽 1套 HCL標(biāo)準(zhǔn)液-1)秒表 1塊 I2標(biāo)準(zhǔn)液-1

4、)碘瓶（50ml） 6個(gè)刻度移液管（20ml） 5支四、實(shí)驗(yàn)步驟1 儀器準(zhǔn)備 調(diào)節(jié)超級(jí)恒溫槽的溫度至25±0.05 調(diào)整分光光度計(jì)，將波長(zhǎng)調(diào)至560nm。把比色皿的恒溫夾套放入暗箱內(nèi)，接通恒溫水。將裝有蒸餾水的比色皿（光徑長(zhǎng)度為3cm）放到恒溫套內(nèi)置于光路中，調(diào)整光亮調(diào)節(jié)器，使微電計(jì)光點(diǎn)處于透光率“100” 的位置上。2 摩爾吸光系數(shù)的測(cè)定用移液管取10ml碘的標(biāo)準(zhǔn)液，注入50ml的碘瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度，混合均勻后，置于恒溫槽恒溫10min，取碘瓶中溶液蕩洗比色皿3次后注滿，測(cè)其透光率。重復(fù)測(cè)定3次，取其平均值。每次測(cè)定前都必須用蒸餾水校正零點(diǎn)。3 丙酮碘化過程中透光率測(cè)定取4

5、個(gè)（14號(hào)）潔凈、干燥的50ml碘瓶，用移液管按表10-1的用量，依次加入碘溶液，HCl溶液和H2O，塞好瓶塞，將其充分混合。另取一碘瓶加入約50ml丙酮標(biāo)準(zhǔn)液與上述4瓶一起置于恒溫槽恒溫10min，取出1號(hào)瓶，用移液管加入恒溫過的丙酮標(biāo)準(zhǔn)液5ml，迅速搖勻，用此液蕩洗比色皿23次后注滿放入比色皿架，置于光路中，每隔 1分鐘讀一次數(shù)，直到取810個(gè)數(shù)為止。用同樣方法測(cè)定2、3、4號(hào)溶液在不同反應(yīng)時(shí)間的透光率。每種溶液測(cè)定之前，需用蒸餾水校正零點(diǎn)。表-19-1 I2溶液 HCl溶液 H2O和丙酮溶液的用量碘瓶編號(hào)碘溶液(ml)HCl溶液(ml)H2O(ml)丙酮溶液(ml/p>

6、025531010201041052510五、數(shù)據(jù)記錄和處理1 將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格室溫： 大氣壓： 恒溫槽溫度： 表-19-2 丙酮標(biāo)準(zhǔn)液濃度： 碘標(biāo)準(zhǔn)液濃度： HCl標(biāo)準(zhǔn)液濃度：時(shí)lgT 間 瓶 號(hào) 1 2 3 42 由（19.3）式計(jì)算3 用表中數(shù)據(jù)以lgT對(duì)時(shí)間作圖，求得四條直線，由各直線斜率分別計(jì)算反應(yīng)速率r1，r2，r3，r44 由（19.2）式計(jì)算丙酮，酸和碘的分級(jí)數(shù)，建立丙酮碘化反應(yīng)速率方程式。5 參照表（-19-1）的用量分別計(jì)算1、2、3、和4號(hào)瓶中丙酮和酸的初始濃度，再根據(jù)（19.1）式計(jì)算四種不同初始濃度的反應(yīng)速率常數(shù)，求其平均值。六、思考題1 動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，正確計(jì)算時(shí)間是很重要的實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵。本實(shí)驗(yàn)中，將丙酮溶液加入盛有I2和HCl溶液的碘瓶中時(shí)，反應(yīng)即開始，而反應(yīng)時(shí)間卻以溶液混合均勻并注入比色皿中才開始計(jì)時(shí)，這樣做對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無影響，為什么？七、參考文獻(xiàn)值1 =1,=1,=02 反應(yīng)速率常數(shù)k(25)=2.86×10-5dm3.mol-1.s-1 k(27)=3.