1、復雜反應丙酮碘化姓名：夏勝軍 學號：2015011944 班級：材52 同組：韋堯潔實驗日期：2016年12月1日 提交報告日期：2016年12月7日助教：李亞晉1.引言1.1實驗目的 1采用分光光度法測定丙酮碘化反應的級數、速率系數和活化能。 2通過本實驗加深對復合反應特征的理解。 3掌握722S型分光光度計的原理和使用方法。1.2實驗原理只有少數化學反應是由一個基元反應組成的簡單反應，大多數的化學反應并不是簡單反應，而是由若干個基元反應組成的復合反應。大多數復合反應的反應速率和反應濃度間的關系，不能用質量作用定律表示。因此用實驗測定反應速率與反應物或產物濃度的關系，即測定反應對各組分的分級

2、數，從而得到復合反應的速率方程，乃是研究反應動力學的重要內容。對于復合反應，當知道反應速率方程的形式后，就可以對反應機理進行某些推測。如該反應究竟由哪些步驟組成，各個步驟的特征和相互關系如何等等。實驗測定表明，丙酮與碘在稀薄的中性水溶液中反應是很慢的。在強酸（如鹽酸）條件下，該反應進行得相當快。但強酸的中性鹽不增加該反應的反應速率。在弱酸（如醋酸）條件下，對加快反應速率的影響不如強酸（如鹽酸）。酸性溶液中，丙酮碘化反應是一個復合反應，其反應式為： （1）該反應由H+催化，而反應本身又能產生H+，所以這是一個H+的自催化反應，其速率方程為： （2）式中：r反應速率；k速率系數；c(A)、c(I3

3、-)、c(H+)、c(E)分別為丙酮、碘、氫離子、碘化丙酮的濃度，mol ·dm-3。 、分別為反應對丙酮、碘、氫離子的分級數。 反應速率、速率系數及反應級數均可由實驗測定。 丙酮碘化對動力學的研究是一個特別合適而且有趣的反應。因為I3-在可見光區有一個比較寬的吸收帶，而在這個吸收帶中，鹽酸和丙酮沒有明顯的吸收，所以可以采用分光光度計測定光密度的變化(也就是I3-濃度的變化)來跟蹤反應過程。 雖然在反應(1)中沒有其它試劑吸收可見光，但卻存在下列一個次要卻復雜的情況，即在溶液中存在I3-、I2和I-的平衡 I2+I-=I3- (3)平衡常數K700。其中I2在這個吸收帶中也吸收可見光

4、。因此I3-溶液吸收光的數量不僅取決I3-的濃度，而且也與I2的濃度有關。根據朗伯比爾定律： A=eLc (4)式中：A吸光度； 吸收系數； L比色皿的光徑長度； c溶液的濃度。含有I3-和I2溶液的總光密度D可以表示為I3-和I2：兩部分光密度的和，即 (5)吸收系數(I3-)和(I2)是吸收光波長的函數。在特殊情況下，即波長為565nm時，(I3-)=(I2)，所以(5)式變為， (6)也就是說，在565nm這一特定的波長條件下，溶液的光密度D與I3-和I2濃度之和成正比。因為在一定的溶質，溶劑和固定的波長條件下是常數。使用固定的一個比色皿，L也是一定的，所以(6)式中，常數(I3-)L就

5、可以由測定已知濃度碘溶液的光密度D而求出。 在本實驗條件下，實驗將證明丙酮碘化反應對碘是零級反應，即0。由于反應并不停留在一元碘化丙酮上，還會繼續進行下去，因此反應中所用的丙酮和酸應大大過量。而所用的碘量很少。這樣，當少量的碘完全消耗后，反應物丙酮和酸的濃度可以認為基本保持不變。實驗還進一步表明，只要酸度不很高，丙酮鹵化反應的速率與鹵素的濃度和種類(氯、溴、碘)無關(在百分之幾誤差范圍內)，因而直到全部碘消耗完以前，反應速率是常數即 (7)從(7)式可以看出，將c(I3-)對時間t作因應為一條直線，其斜率就是反應速率r。為了測定反應級數，例如指數，至少需進行兩次實驗。在兩次實驗中丙酮的初始濃度

6、不同，H+和I3-的初始濃度相同。若用“I”、“II”分別表示達兩次實驗，令： 由（7）式可得： (8)取對數： (9) (10)同理可求出指數，若再做一次實驗III，使： 即可得到： (11)同樣 即可得到 （12）根據(2)式，由指數、反應速率相各濃度數據可以算出速率系數k。由兩個或兩個以上溫度的速率系數，根據阿累尼馬斯公式 (13)可以估算反應的表現活化能Ea。2實驗操作2.1實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖計算機；722S型分光光度計（天津普瑞斯儀器有限公司）；恒溫槽1套；鑷子；洗瓶；10ml刻度移液管1支；5ml刻度移液管3支；5ml移液管1支；（移液管均有標簽，請勿混用）；25m

7、l容量瓶1個； 碘溶液，濃度0.02116mol/L；HCl溶液,濃度0.9063mol/L；丙酮溶液，濃度2.500mol/L。2.2實驗條件室溫15攝氏度，相對濕度15%2.3實驗步驟1、 檢查儀器和藥品。2、 接通電源。3、 開啟恒溫槽，檢查水路是否通暢和漏水。將裝入已標定好的碘溶液、丙酮溶液、鹽酸溶液、去離子水的玻璃瓶放入恒溫槽中恒溫。恒溫槽溫度設定在25。到達設定溫度10分鐘后開始配溶液測量。4、 打開分光光度計電源開關，波長調到565nm處，放入裝有已恒溫的去離子水的比色皿，調零，方法如下：關試樣蓋，按100%ADJ，光度計示數應指示100.00（如達不到，可再按一次）；打開試樣蓋

8、，按0%ADJ，光度計示數應指示為0（如達不到，可再按一次）。按MODE鍵，使ABS前的紅燈亮。這時候測定的是吸光度。按下分光光度計的FUNC鍵，數據開始傳輸至端口，注意此時已經不能直接在分光光度計上讀數，且不能再進行調零的工作。5、 打開計算機，選擇并打開桌面數據采集軟件，點擊開始即可接收數據。6、 測定L值。準確移取2.5ml碘溶液于25ml容量瓶中，用已恒溫的去離子水稀釋至刻度，搖勻，潤洗比色皿3次，然后將裝有2/3溶液的比色皿置于樣品室光路通過處，蓋好蓋子。點擊單擊測定碘液光密度，多次點擊后，顯示值為多次測定平均值。7、 點擊開始即可接收數據。吸光度的數值應在0-1之間，在開始采集數據

9、時，如果出現吸光度超過100的情況，請立刻依次點擊完成和儀器重置鍵，并按下分光光度計的FUNC鍵，點擊開始重新接收數據，此時的數據會恢復正常。8、 測定四種不同配比溶液的反應速度。四種不同溶液的配比見表1。表1 四種不同溶液的配制碘溶液 V/ml丙酮溶液 V/ml鹽酸溶液 V/mlI（25）555II（25）52.55III（25）552.5IV（25）7.555V（35）7.555 按表1中的量，準確移取三種溶液于25ml容量瓶中（碘溶液最后加），用去離子水稀釋至刻度，搖勻，潤洗比色皿3次，然后將裝有2/3溶液的比色皿置于樣品室光路通過處，蓋好蓋子。在程序中選擇對應的實驗內容，按“開始接收”

10、，計算機將每隔1s自動采集數據。注意配溶液時動作要快，以保證溫度恒定。9、 做完25下的全部四個實驗后，再升高恒溫水浴溫度到35進行第五組的試驗。10、測定完畢，進入實驗處理。11、退出丙酮碘化-數據采集界面，雙擊進入物化實驗中的丙酮碘化界面，輸入各溶液濃度、溫度。12、點擊數據處理。點擊打開，選擇文件，雙擊后打開，根據圖形進行適當處理，例如：重新選擇零點時，將光標移動到適當位置，點擊選擇零點后，光標所在位置就是新的零點位置；退出。點擊讀入文件，按表1測定順序讀入文件。點擊確認和數據處理，反應級數、速率系數和活化能等就會顯示在下表中。3.結果與討論3.1數據記錄及處理（一）首先，測定L值：據A

11、=eLc，由已知標準碘液濃度 0.02116 mol·L-1，和實驗測得的碘溶液吸光度碘溶液吸光度序號12平均值A0.3590.3620.361由上表可計算出常數L值17.060L/mol。（二）以下是五組數據進行數據處理溶液I溶液I的At關系圖A=0.70759-2.71017E-4t；R2=0.998反應速率r=-k/eL=1.5886E-5mol·L-1s-1溶液溶液的At關系圖A=0.71878-1.45317E-4t；R2=0.9997反應速率是r=-k/eL=8.5180E-6mol·L-1s-1溶液溶液的At關系圖A=0.71858-1.56514E

12、-4；R2=0.9996反應速率r=-k/eL=9.1743E-6mol·L-1s-1溶液溶液的At關系圖A=1.02337-2.82828E-4；R2=0.9997反應速率r=-k/eL=1.6578E-5mol·L-1s-1溶液溶液的At關系圖A=0.95857-6.41394E-4；R2=0.998反應速率r=-k/eL=3.7596E-5mol·L-1s-1（三）根據(10)、(11)、(12)式分別計算對丙酮、鹽酸和碘的分級數：由，u=2可知:=0.8992;可見為一級反應 由，w=2可知：=0.7921;可見為一級反應由，x=0.667可知： =0.1

13、053; 可見為零級反應根據(2)式計算25時丙酮碘化反應的四個速率系數。求出k1的平均值。計算35時的速率系數k2。由公式可得：其中試驗所用碘離子濃度為0.02116mol/L，丙酮2.500mol/L，鹽酸0.9063mol/L25-I：k1=2.038E-4 L·mol-1·s-1；25-II：k2=2.038E-4 L·mol-1·s-1；25-III：k3=2.038E-4 L·mol-1·s-1；25-IV：k4=2.037E-4 L·mol-1·s-1；平均值是：k0=2.038E-4 L·

14、mol-1·s-1；35-V：k5=4.621E-4 L·mol-1·s-1；（四）利用阿累烏斯公式求出丙酮碘化反應的表現活化能Ea=62.54kJ·mol-13.2.討論分析最終活化能的結果并不是十分理想，相比標準值偏小。根據基礎物理化學實驗上的數據，Ea的數據應當是86.19kJ·mol-1，相對誤差接近30%，結果不是很精確。觀察所得的k1到k5可以發現，前四組數據所得的速率常數空前接近，而第五組數據大大偏小，最終導致了實驗結果嚴重偏小。從前幾個過程來看，在進行反應級數的求解時，所得的幾個反應級數都和理想值不是很接近，而且偏差在10%到2

15、0%之間，相比于同組同學的偏差明顯較大。另外，觀察幾組數據，除了第一組之外，都出現了吸光度略大于1的情況，說明在最初的調100過程中沒有調好，所選的吸光度最高值偏小，最終導致了實驗數據中出現吸光度大于1的情況。最后，鑒于前四組速率常數接近，而第五組速率常數大大偏小的情況，我認為很有可能實在第五組前的加熱過程由于趕時間，沒有充分等恒溫槽到達35,攝氏度，使得最后一次實驗時實際溫度沒有達到35攝氏度，導致最終的k5和活化能結果都偏小4.結論（1）丙酮碘化反應中，丙酮、碘、氫離子的分級數分別近似為1,0,1 （2）丙酮碘化反應的活化能為62.54 kJ·mol-15.參考文獻1. 清華大學

16、化學系物理化學實驗編寫組，物理化學實驗，清華大學出版社，1991，2782862. 金麗萍，鄔時清，陳大勇，物理化學實驗，華東理工大學出版社，2005,69743. 清華大學賀德華、麻英、張連慶，基礎物理化學實驗，高等教育出版社，2008，56624 淮陰師范學院化學系，物理化學實驗，高等教育出版社，2002,1491556.思考與討論1在動力學實驗中，正確計量時間是很重要的。本實驗中從反應開始到開始計測反應時間，中間有一段不算很短的操作時間。這對實驗結果有無影響?為什么?答：基本沒有影響，因為酸和丙酮大大過量，反應中可認為其濃度基本不變，故反應速率不會改變（對應I3-1- I2濃度變化對時間呈線性），所以影響很小。2影響本實驗結果的主要因素是什么?答：從數據中我