丙酮碘化反應速率常數的測定(最新講義) (1)

丙酮碘化反應速率常數的測定

一、目的及要求

1、掌握孤立法確定反應級數的原理和方法。

2、測定酸催化作用下丙酮碘化反應的速率方程和速率常數。

3、通過本實驗加深對復雜反應特征的理解。

4、進一步掌握分光光度計的原理和使用方法。

二、實驗原理

1、反應速率的測定

CHCOCH＋nH＋I=CHCOCHI＋(n+1)H+I (a)

33232

++-

在實驗條件下，丙酮碘化反應將按(a)的方式進行，其速率方程為：

c?c?c

(丙酮）(I)

(H)

?

2

(b) v=－[d/dt]=k·

c

(I)

2

在酸的濃度較低的條件下，實驗證明q=0，即反應(a)的速率與無關。

c

(I)

2

因為實驗中c，?，可認為c和為定值，故

()()

丙酮丙酮

?

cc

(I)(I)

22

cc

(H)(H)

??

prq

c?c

(丙酮）

(H)

?

= 常數 (c) v =－[d/dt]=k·

c

(I)

2

c?c?t?B

(丙酮）

(H)

?

(d) 積分(c)式可得 = －k·

c

(I)

2

在反應(a)的混合溶液中，只有碘在可見光范圍內產生光吸收，按朗伯-比爾定律：

pr

pr

A?a?l?c

(I)

2

= lg(1/T )=－lgT (e)

解出： =A/(a·l )=－lgT /(a·l ) (f)

cc

(I)(I)

22

根據式(f)，測定了已知濃度的標準碘溶液的吸光度A即可求得(a·l )。

c?c?t

(丙酮）

(H)

?

－B·將(f)代入(d)式整理后得：lgT=k·(a·l)·a·l (g)

c?c

(丙酮）

(H)

?

(h) 可見以lgT對t作圖為直線，斜率：m = k·(a·l) ·

c?c

(丙酮）

(H)

?

= m/(a·比較(c)、(h)式得：v =k·l ) (i)

2、反應分級數p、q、r的確定(孤立法)

(1) p的確定

由1、2號試液由上述關系求得v、v后：

12

pr

pr

pr

c?c?cc?c?c

(丙酮,1）(I,1)(丙酮,2）(I,2)

(H,1)(H,2)

??

22

]/ [k·]=2v/v= [k·

p

12

（其中c= 2c；c= c；c = c ）

(,1)(,2)(H+,1)(H+,2)(I2,1)(I2,2)

丙酮丙酮

上式兩邊取對數可得：p =[lg(v/v)]/lg2

12

(2) r的確定

由1、3號試液同理可得：r =[lg(v/v)]/lg2

31

(3) q的確定

由1、4號試液同理可得：q =[lg(v/v)]/lg2，直接求得的p、q、r取整為最接近的整數。

14

3、速率常數的求算

prqprq

c?c?c

(丙酮）(I)

(H)

?

2

后，分別代入1—4號由上述方法確定丙酮一碘代反應速率方程v = k·

試液的v、c、等數據，即可求出速率常數k，取平均值。

()

丙酮

c

(I)

2

prq

1

三、實驗儀器和試劑

1、主要儀器：分光光度計、秒表、5 mL和10 mL移液管各三支、50 mL容量瓶5個。

2、主要試劑：0.01 mol/L標準碘溶液，1.0 mol/L HCl溶液，2 mol/L丙酮溶液。

四、實驗步驟

1、由于分光度計無恒溫水夾套，本實驗在室溫下進行，注意記錄開始測定和測定最后

一個樣品時的室溫，取二者平均值為實驗溫度。

2、預熱分光光度計20分鐘以上，反復調節分光光度計零點和透光100，直至達到要求。

3、將標準碘溶液（0.0103184 mol/L）稀釋10倍，以蒸餾水作參比，選擇500 nm為測

定波長，測定（a·l）值。必須重復測定三次，每次均需要換標準碘溶液，取三次測定的平均

值。

4、配制1號樣品溶液，測定其不同時間的吸光度。其具體方法是：用不同的移液管分

別移取0.01 mol·L標準碘溶液10 mL、1 mol·L標準HCl溶液5 mL于1號瓶中，再移取2

-1-1

mol·L標準丙酮溶液10 mL迅速加入1號瓶，當丙酮溶液加到一半時開始計時，然后用蒸

-1

餾水將此混合液定容至刻度，搖勻。用此混合液將比色皿清洗干凈，將此溶液裝入比色皿（計

時后的整個操作過程應迅速進行），以蒸餾水作參比，測定不同時間的吸光度。自第一次讀

數并記下時間和數據后，每隔2分鐘測一次，直到取得10～12個數據為止。

5、按照4同樣方法，分別測定2～4號樣品溶液不同時間的吸光度。若測定中吸光度變

化較大，則可改為每隔1分鐘或更短的時間測一次，記下相應的時間和數據。

6、實驗完畢后，洗凈實驗過程中使用的儀器。

五、數據記錄和處理

1、溶液配置表：

編標準碘溶標準標準丙酮蒸餾水 c

號 液/mL 溶液/mL

1 10 5 10 25

2 10 5 5 30

3 10 10 10 20

4 5 5 10 30

2、求al

c(I)/mol.L a·l

2

-1

吸光度A 平均值

HCl/mL /mL /mol.L /mol.L

()

丙酮

-1-1

c

(HCl)

/mol.L

-1

c

(I)

2

3、混合溶液時間-吸光度

實驗開始溫度： ℃ 實驗結束溫度： ℃

編號 項目 數據

1

時間/min

吸光度A

lgT

時間/min

2

吸光度A

lgT

3

2

時間/min

吸光度A

lgT

時間/min

4

吸光度A

lgT

4、根據實驗數據結合實驗原理通過以lgT對t作圖（或一元線性回歸法）求出斜率m，由

此得到反應級數和反應速率常數k值——

⑴ 由(i)式計算反應速率v；

⑵ 確定反應級數p、r、q；

c?c?c

(丙酮）(I)

(H)

?

2

，并將四組溶液的v⑶ 計算速率常數k：將上述p、r、q值代入v =k·

值和相應反應物濃度代入，可算出四組速率常數k，取平均值。

六、注意事項

1．由于分光光度計使用過程中會發熱，比色皿座艙溫度會明顯升高，為保證實驗溫度

確為室溫，測定溶液吸光度時，每次測定后，要立即將分光光度計的蓋板打開。

2．測定反應混合液不同時間的吸光度時，時間和吸光度讀數必須同步。為此，可在操

作時打5秒的提前量。

七、思考題

1．本實驗中，將丙酮溶液加入含有碘和鹽酸的容量瓶時不立即計時，而在注入比色皿

時才開始計時是否可以？為什么？

2．影響本實驗結果準確度的主要因素有哪些？

3．分光光度計使用中，將蒸餾水從樣品池倒出后，若樣品架未完全復位，對結果有無

影響？

prq

3