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物理化学实验 丙酮碘化反应动力学 C202 2010-03-29 T=286.15K P=85.02kPa 一、实验目的 1.根据实验原理由同学设计实验方案，包括仪器、药品、实验步骤等 2.测定反应常数k、反应级数n、活化能Ea 3.通过实验加深对复杂反应的理解 二、实验原理 丙酮碘化反应是一个复杂反应，其反应式为： 实验测定表明，反应速率在酸性溶液中随氢离子浓度的增大而增大。反应式中包含产物，故本反应是自催化反应，其动力学方程式为： -dCA/dt=-dCI2/dt=kCAα CH+βCI2γ 式中C为各物质浓度（mol/L）,k为反应速率常数或反应比速，指数为反应级数n。 丙酮碘化反应的反应机理可分为两步： 第一步为丙酮烯醇化反应，其速率常数较小，第二部是烯醇碘化反应，它是一个快速的且能进行到底的反应。 用稳态近似法处理，可以推导证明，当k2CH+k3CI2时，反应机理与实验证明的反应级数相符。 丙酮碘化反应对碘的反应级数是零级，级碘的浓度对反应速率没有影响，原来的速率方程可写成 -d CI2/dt=kCAαCH+β 为了测定α和r，在CA CI2、CH+CI2及反应进程不大的条件下进行实验，则反应过程中，CA和 CH+可近似视为常数，积分上式的： CI2=- kCAαCH+βt+A’ CI2以对t作图应为直线。与直线的斜率可求得反应速率常数k及反应级数n。 在某一指定的温度下，进行两次实验，固定氢离子的浓度不变，改变丙酮的浓度，使其为CA2=mCA1，根据-d CI2/dt=kCAαCH+β得： nB=(lg(ri/rj))/lgm 若测得两次反应的反应速率，即求得反应级数p。用同样的方法，改变氢离子的浓度，固定丙酮的浓度不变，也可以得到对氢离子的反应级数r。 若已经证明：p=r=1，q=0，反应速率方程可写为：-dCI2/dt=kCACH+在大量外加酸存在下及反应进程不大的条件下，反应过程的氢离子可视为不变，因此，反应表现为准一级反应或假一级反应：-dCI2/dt=kCA式中k=k CH+，k为与氢离子浓度有关的准反应比速。 设丙酮及碘的初始浓度为CA0、CI20.侧有：CA= CI20-（CI20- CI2）由数学推导最终可得： CI2= - CA0 kt+ CA0C+ CI20 若在不同的时刻t，测得一系列CI2，将其对t作图，得一直线,斜率为- CA0 k，即可求得k的值。在不同的氢离子浓度下，k’值不同。 分光光度法，在550 nm跟踪I2随时间变化率来确定反应速率。 仪器及药品 721分光光度计 1套 丙酮标准液 (2.000mol*L-1) 秒表 1块 HCl标准液 (1.000mol*L-1) 碘瓶（50ml） 6个 I2标准液 (0.01mol*L-1) 刻度移液管（20ml）5支 实验步骤 1.仪器准备：实验前先打开光度计预热。 2.标准曲线法测定摩尔吸光系数。（每组配一种浓度，共5个浓度，在一台仪器上测出吸光度，数据共享） 3. 丙酮碘化过程中吸光度的测定：迅速混合，每隔1分钟记录光度计读数，记录至少15 分钟。记住先加丙酮、碘，最后加盐酸！ 注意事项：比色皿的拿法和清洗；测量碘溶液标准曲线由低到高；移液管的使用：不要吹掉最后一滴；标准曲线法测定摩尔吸光系数，（每组配一种浓度，共5个浓度，在一台仪器上测出吸光度，数据共享）；锥形瓶上的体积是粗刻度，要以移液管所取的体积为准；溶液数目多，制备溶液时防止加错体积。 五、实验数据处理 摩尔吸光系数的测定 V(ml)/25 ml C(I2)/mol*L-1 A 2 0.0008 0.254 4 0.0016 0.464 5 0.002 0.571 6 0.0024 0.668 8 0.0032 0.839 丙酮碘化过程中吸光度的测定 碘瓶编号 1 2 3 4 H2O/ml 25 25 20 30 HCl溶液/ml 5 10 10 10 丙酮溶液/ml 10 5 10 5 碘溶液/ml 10 10 10 5 C(HCl)/mol*L-1 0.1000 0.2000 0.2000 0.2000 C(丙酮) / mol*L-1 0.4000 0.2000 0.4000 0.2000 C(I2)/mol*L-1 0.0020 0.0020 0.0020 0.0010 A(反应开始后测定一次/分) 0 0.565 0.543 0.513 0.269 1 0.56 0.532 0.503 0.267 2 0.