丙酮碘化反应实验报告

《丙酮碘化反应实验报告》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

　　丙酮碘化反应实验报告丙酮碘化反应级数的测定实验报告专业设计实验丙酮碘化反应级数的测定陈黎湖北师范学院丙酮碘化反应级数的测定【实验背景及原理】复杂反应不是经过简单的一步就能完成的，而是要通过生成中间产物的许多步骤来完成的，其中每一步都是一个基元反应。常见的复杂反应有对峙反应，平行反应和连续反应等。大多数化学反应是复杂反应，反应级数是根据实验的结果而确定的，并不能从化学计量方程式简单的利用质量作用定律推得。反应级数的确定是很重要的，它不仅告诉我们浓度是怎样影响反应速度，从而通过调整浓度来控制反应速度，而且可以帮助我们推测反应机理，了解反应真实过程。确定反应级数的方法通常有孤立法（微分法）、半簑期法、积分法，其中孤立法是动力学研究中的常用方法。本实验用孤立法确定丙酮碘化反应级数，从而确定丙酮碘化反应速率方程。酸催化的丙酮碘化反应是一个复杂反应，初始阶段反应为：（丙酮）A（碘化丙酮）H是反应的催化剂，因丙酮碘化反应本身有H+生成，所以，这是一个自催化反应。一般认为该反应的反应机理包括下列两步：+这是一个连续反应。反应（1）是丙酮的烯醇化反应，它是一个可逆反应，进行得很慢。反应（2）是烯醇的碘化反应，它是一个快速且能进行到底的反应。由于反应（1）速率很慢，而反应（2）的速率又很快，中间产物烯醇一旦生成又马上消耗掉了。根据连续反应的特点，该反应的总反应速率由反应（1）所决定。设反应动力学方程为：dcI2xy??kcAcH+cIz2（1）dt式中：cA，cH+，cI2分别为碘化丙酮（A）、丙酮、碘、盐酸的浓度，mol·L-1；x,y,z分别代表丙酮、氢离子、碘的反应级数，k为速率系数。将上式两边取对数得：?dcI2?lg????lgk?xlgcA?ylgcH+?zlgcI2(2) dt???dcI?从上式可以看出，反应级数x,y,z分别是lg??2?对lgcA、lgcH+、lgcI2的偏微?dt?分，如果用图解法，我们可以这样处理：在三种物质中，固定两种物质的浓度，?dcI?配制出第三种物质浓度不同的一系列溶液，以lg??2?对该组分浓度的对数作?dt?图，所得斜率即为该物质在此反应中的反应级数。因碘在可见光区有一个很宽的吸收带。而在此吸收带中盐酸、丙酮、碘化丙酮和氯化钾溶液则没有明显的吸收，所以可采用分光光度法直接观察碘浓度随时I1间的变化关系。根据朗伯比尔定律：A?lg?lg0??bcI2TI从而有：A??bIc(3)2式中：A为吸光度，T为透光率，I和I0分别为某一波长的光线通过待测溶液和空白溶液的光强度，ε为吸光系数，b为比色皿厚度。测出反应体系不同时刻的吸光度，作A-t图，其斜率为：dcI2dcI2dA1dA??b???或?(4)dtdtdt?bdt如已知ε和b(b=1cm)，即可算出反应速率。若反应物I2是少量的，而丙酮和酸对碘是过量的，则反应在碘完全消耗以前，丙酮和酸的浓度可认为基本保持不变，即cA?cH???cI2（本实验浓度范围：丙酮浓度为0.1～0.4mol·L-1，氢离子浓度为0.1～0.4mol·L-1，碘的浓度为0.0001～0.01-1mol·L），实验发现A-t图为一条直线，说明反应速率与碘的浓度无关，所以，z=0，同时，可认为反应过程中cA和cH+保持不变，对速率方程(1)两边积分得：xycI21?cI22?kcAcH+?t2?t1?将A??bcI2代入上式并整理得：?A?A2?11k??1???xy?t2?t1??bcAcH?A?A1dA 因A-t图为直线，2，所以?t2?t1dt1?dA?1k??????xy(5)?dt??bcAcH+【仪器与试剂】722s型分光光度计1台；比色皿2个；秒表1块；酸碱滴定管1套（带滴定架）；500mL棕色容量瓶2个；250mL容量瓶3个；100mL容量瓶3个；50mL容量瓶8个；5mL移液管3支；10mL移液管3支；25mL移液管2支；30mL移液管2支。纯碘，纯溴，碘化钾，溴化钾，硫代硫酸钠标准，碘标准溶液（0.05mol?L-1），丙酮，盐酸，淀粉指示剂；丙酮溶液2.00mol.L-1，盐酸2.00mol?L-1，碘溶液0.02mol?L-1(含2℅KI)【实验过程】1用Na2S2O3标定碘的水溶液1.1碘溶液的配制称取1.5g碘及4.5g碘化钾，溶于少量水中，然后移入500mL棕色试剂瓶中，加水稀释至500mL，摇匀。1.2标定1.2.1原理2Na2S2O3+I2→2NaI+Na2S4O61.2.2标定准确量取20ml～25ml碘液，加50ml水、30ml0.1C(HCl)盐酸，摇匀，用0.1C(Na2S2O3)的Na2S2O3标准溶液滴定近终点（微黄色）时加30ml0.5％淀粉指示剂，继续滴定至溶液兰色消失为终点。1.2.3计算V1×C1V式中：V1―滴定消耗Na2S2O3标准溶液体积，mL；C1―Na2S2O3标准溶液浓度，mol/L；V―吸取碘液体积，mL。2调整分光光度计将可见分光光度计波长调到500nm处，用光径长为1cm的比色皿装蒸馏水，调透光率为100%。3.测量3.1测定吸光系数用50ml容量瓶配制0.001mol·L-1碘水溶液，用少量的碘水溶液洗涤比色皿两次，再注入0.001mol·L-1碘水溶液，测定吸光度A值，更换碘水溶液再重复测定二次，取平均值。3.2反应溶液的配制及测定3.2.1丙酮浓度不同的反应溶液 用移液管分别给1～4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol·L-1碘水溶液5ml、2.00mol·L-1盐酸溶液5ml，再注入适量蒸馏水，置于25℃恒温水浴中恒温10min，另取一支移液管分别给1～4号4只50ml容量瓶依次加入已恒温25℃的2.00mol·L-1丙酮溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，加蒸馏水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度，每隔1分钟（或30秒）读一个吸光度数据，直到取得10个数据为止。3.2.2氢离子浓度不同的反应溶液用移液管分别给1～4号4只干净的50ml容量瓶各注入0.02mol·L-1碘水溶液5ml，同时依次加入2.00mol·L-1HCl溶液2.5ml、5.0ml、7.5ml、10ml，再注入适量蒸馏水，置于25℃恒温水浴中恒温10min以后，每个容量瓶依次加入5ml2.00mol·L-1丙酮溶液，加蒸馏水定容，混合均匀，测定不同时间的吸光度，每隔1分钟（或30秒）读一个吸光度数据，直到取得10个数据为止。【结论】1计算吸光系数由测定已知浓度碘溶液的吸光度值，填入下表，由(3)式计算吸光系数(a?bcI2)。2根据测得反应溶液不同时刻的A值，填入下表，画出A-t图CH+=0.1mol·L-1CI2=0.002mol·L-12CA=0.1mol·L-1CI=0.002mol·L-1篇二：丙酮碘化反应速率常数实验报告丙酮碘化反应速率常数实验报告一、实验名称：丙酮碘化反应速率常数二、实验目的（1）加深对复杂反应特征的理解，掌握用孤立法确定反应级数的方法。（2）掌握有分光光度计测定酸催化丙酮碘化反应的速率常数的实验方法。三、实验原理丙酮碘化的方程式为：CH3COCH3+I→CH3COCH2I+H+I﹢﹣该反应是以作为催化剂，同时反应自身会生成，所以此反应是一个自动催化反应，并且为一个复杂反应，分两步进行：CH3COCH3+H﹢→CH3COCH=CH2此反应是丙酮的烯醇化反应，反应可逆并进行的很慢，是一个速控步。CH3COH=CH2+I2→ CH3COCH2I+H﹢+I﹣此反应是烯醇的碘化反应，反应快速并能进行到底。总反应的速率方程为：﹣dCI2/dt=kCACH﹢分别为碘，丙酮，酸的浓度；k为总反应速率常数。如果丙酮和酸相对于碘是过量的，则可认为在反应过程中丙酮和酸的浓度基本保持不变，同时，在酸的浓度不太大时，丙酮碘化反应对是个零级反应。对上式进行积分得：﹣CI2=kCACH﹢t+B因为碘在可见光区有宽的吸收带，而在此吸收带中，盐酸，丙酮，碘化丙酮和碘化钾溶液均没有明显的吸收，所以可以采用分光光度法直接测量碘浓度的变化。A=﹣kεLCACH﹢-B上式中的εL可通过测定一定浓度的碘溶液的吸光度A带入式中求得。做A-t图，直线的斜率可求出丙酮碘化反应速率常数K值。四、实验数据及处理：根据计算机记录的实验数据，作图并求得反应速率常数k：At由A=﹣kεLCACH﹢t-B得：k=0.00126/151.8667/2/2=2.07*10-6五、讨论思考：1.本实验中，丙酮碘化反应按几级反应处理，为什么？答：在该反应中按零级反应处理。因为对于反应物来说碘是少量的，而丙酮和酸对碘是过量的，则认为在反应过程中丙酮和酸的浓度基本保持不变，实验又证实在酸的浓度不太大的情况下，反应速度与碘的浓度无关，所以丙酮碘化反应对碘是零级反应。2.分析影响本实验结果的误差有哪些？答：（1）在实验测定时，比色皿未洗涤干净或者残存有水，残留有水分则一方面使碘的浓度减少，另一方面对所测得的吸光度不准确，对结果造成误差；（2）温度越高k越大，温度对k有影响，实验时体系始终要恒温。篇三：丙酮碘化实验实验10丙酮碘化实验张腾学号：2012011864班级：化21同组人姓名:田雨禾实验日期：2014年11月6日提交报告日期：2014年11月13日指导教师：孙海源1引言 1.1实验目的1．采用分光光度法测定用酸作催化剂时丙酮碘化反应的速率系数、反应级数和活化能。2．通过本实验加深对复合反应特征的理解。3．熟练掌握分光光度计的原理和使用方法。1.2实验原理只有少数化学反应是由一个基元反应组成的简单反应，大多数化学反应并不是简单反应，而是由若干个基元反应组成的复合反应。大多数复合反应的反应速率和反应物浓度间的关系，不能用质量作用定律表示。因此用实验测定反应速率与反应物或产物浓度间的关系，即测定反应对各组分的分级数，从而得到复合反应的速率方程，乃是研究反应动力学的重要内容。对于复合反应，当知道反应速率方程的形式后，就可以对反应机理进行某些推测。如该反应究竟由哪些步骤完成，各个步骤的特征和相互联系如何等等。实验测定表明，丙酮与碘在稀薄的中性水溶液中反应是很慢的。在强酸（如盐酸）条件下，该反应进行得相当快。但强酸的中性盐不增加该反应的反应速率。在弱酸（如醋酸）条件下，对加快反应速率的影响不如强酸（如盐酸）。酸性溶液中，丙酮碘化反应是一个复合反应，其反应式为：(CH3)2CO+I???CH3COCH2I+H++2I－（1）该反应由H+催化，而反应本身又能生成H+，所以这是一个H+自催化反应，其速率方程为：－3H+-dc?A?-dc?I3?dc?E?δ+r====kcα?A?cβ?I－3?c?H?（2）dtdtdt－式中：r—反应速率；k—速率系数；+c?A?、c?I－3?、c?H?、c?E?—分别为丙酮、碘、氢离子、碘化丙酮的浓度，moldm-3；?、?、?—分别为反应对丙酮、碘、氢离子的分级数。反应速率、速率系数及反应级数均可由实验测定。 丙酮碘化对动力学的研究是一个特别合适而且有趣的反应。因为I－3在可见光区有一个比较宽的吸收带，而在这个吸收带中，盐酸和丙酮没有明显的吸收，所以可以采用分光光度计测定光密度的变化（也就是I－3浓度的变化）来跟踪反应过程。虽然在反应（1）中没有其它试剂吸收可见光，但却存在下列一个次要却复杂的情况，－即在溶液中存在I－3、I2和I的平衡：I2+I－θI－3（3）平衡常数K=700。其中I2在这个吸收带中也吸收可见光。因此I－3溶液吸收光的数量不仅取决于I－3的浓度，而且也与I2的浓度有关。根据朗伯-比尔定律：D=εLc（4）式中：D—光密度（消光度）；ε—吸收系数；L—比色皿的光径长度；c—溶液的浓度。－含有I－和溶液的总光密度D可以表示为II323和I2两部分光密度的和，即：－－D=D?I－3?+D?I2?=ε?I3?Lc?I3?+ε?I2?Lc?I2?（5）－吸收系数εI3和ε?I2?是吸收光波长的函数。在特殊情况下，即波长λ=565nm时，??ε?I－3?=ε?I2?，上式变为－?－?D=D?I－3?+D?I2?=ε?I3?L?c?I3?+c?I2??（6）也就是说，在565nm这一特定的波长条件下，溶液的光密度D与I－3和I2浓度之和成正比。因为ε在一定的溶质、溶剂和固定的波长条件下是常数。使用固定的一个比色皿，L也是－一定的，所以（6）式中，常数εI3L就可以由测定已知浓度碘溶液的光密度D而求出。??在本实验条件下，实验将证明丙酮碘化反应对碘是零级反应，即β =0。由于反应并不停留在一元碘化丙酮上，还会继续进行下去，因此反应中所用的丙酮和酸的浓度应大大过量。而所用的碘量很少。这样，当少量的碘完全消耗后，反应物丙酮和酸的浓度可以认为基本保持不变。实验还进一步表明，只要酸度不很高，丙酮卤化反应的速率与卤素的浓度和种类（氯、溴、碘）无关（在百分之几误差范围内），因而直到全部碘消耗完以前，反应速率是常数，即r=-dc?I－3?dt=dc?E?δ+αδ+=kcα?A?cβ?I－3?c?H?=kc?A?c?H?=常数（7）dt-从（7）式可以看出，将cI3对时间t作图应为一条直线，其斜率就是反应速率r。??1、为了测定反应级数，例如指数α，至少需进行两次实验。在两次实验中丙酮的初始浓度不同，H+和I3的初始浓度相同。若用“Ⅰ”、“Ⅱ”分别表示这两次实验，令：++－－2、c?A,Ι?=uc?A,ΙΙ?，cH,Ι=cH,ΙΙ，cI3,Ι=cI3,ΙΙ－????????由（7）式可得：kcα?A,Ι?cδ?H+,Ι?rΙ=α=uα（8）δ+rΙΙkcA,ΙΙcH,ΙΙ取对数：lgrΙ=αlgu（9）rΙΙlgα=同理可求出指数?，若再做一次实验Ⅲ，使：rΙrΙΙ（10）++－－3、c?A,Ι?=c?A,????，cH,Ι=l刻度移液管1支；5ml刻度移液管3支；5ml移液管1支；25ml容量瓶3个；2、实验试剂和药品碘溶液(浓度c=0.02120mol·L-1；盐酸溶液(浓度c=1.436mol·L-1；丙酮溶液(浓度c=3.372mol·L-1。 2.2实验条件表1实验条件记录温度（℃）大气压（kPa）17.6100.652.3实验操作步骤及方法要点1、检查仪器和药品。2、接通电源。3、开启恒温槽，检查水路是否通畅和漏水。将装入已标定好的碘溶液、丙酮溶液、盐酸溶液的玻璃瓶放入恒温槽中恒温。恒温槽温度设定在25℃。到达设定温度10分钟后开始测量。4、打开分光光度计电源开关，波长调到565nm处，放入装有已恒温的去离子水的比色皿，调零，方法如下：关试样盖，按100.00（如达不到，可再按一次）；打开试样盖，按0（如达不到，可再按一次）。按ABS前的红灯亮。这时候测定的是吸光度。按下分光光度计的FUNC键，数据开始传输至端口，注意此时已经不能直接在分光光度计上读数，且不能再进行调零的工作。5、6、测定εL值。准确移取2.5ml碘溶液于25ml容量瓶中，用已恒温的去离子水稀释至刻度，摇匀，润洗比色皿3次，然后将装有2/3溶液的比色皿置于样品室光路通过处，盖7、测定四种不同配比溶液的反应速度。四种不同溶液的配比见表1。按表中的量，准确移取三种溶液于25ml容量瓶中（碘溶液最后加），用去离子水稀释至刻度，摇匀，润洗比色皿3次，然后将装有2/3溶液的比色皿置于样品室光路通过处，盖好盖子。在程序中选择对应的实验内容，按“开始接收”，计算机将每隔3s自动采集数据。注意配溶液时动作要快，以保证温度恒定。8、做完25℃下的全部四个实验后，再升高恒温水浴温度到35℃进行第五组的试验。9、测定完毕，进入试验处理.4退出丙酮碘化-数据采集界面，进入物化实验中的丙酮碘化界面，输入各溶液浓度、温度。2.4实验注意事项1.测定波长必须为565nm，否则将影响结果的准确性。2.反应物混合顺序为：先加丙酮、盐酸溶液，然后加碘溶液。丙酮和盐酸溶液混合后不应放置过久，应立即加入碘溶液。3.测定光密度D应取范围0.15-0.7。4. 在调节分光光度计的光路位置时，如果加了恒温套，拉杆的位置与原光路位置有不对应的地方，需目视确认光路通畅。5.带恒温套的分光光度计要注意保持内部循环水路的畅通，并要防止水路阻挡光路。6.调准恒温槽的温度，开冷却水，恒温时间要足够长。7.配制溶液时，碘溶液一定要最后加。8.比色皿装液量不要太满，约2/3即可。9.使用恒温槽注意升温时间，室温与设定温度相差较大时对测定的影响也较大。3结果与讨论3.1原始实验数据1)实验相关条件及参数记录碘原液浓度c=0.02120mol·L-1；HCl溶液浓度c=1.436mol·L-1；丙酮溶液浓度c=3.372mol·L-1。2)原始实验测量数据将原液稀释十倍后，配制得标准碘溶液（浓度为原液的1/10），即c=0.002120mol·L-1。测定该溶液在25℃条件下的光密度，所得数据见下表（表3）：表3标准碘溶液的光密度实验次数碘溶液光密度3)实验相关数据文献值丙酮碘化反应：Ea=86.2(kJ/mol)丙酮碘化反应反应级数（在本实验条件下）：丙酮α=1；碘β=0；盐酸γ=110.35920.36030.36040.36050.360平均值0.360因此所得碘溶液光密度为0.360。3.2计算的数据、结果1)利用标准碘溶液计算εL的数值由公式εL=D/c，代入碘液浓度0.002120mol/L及其光密度0.360。可得：εL=169.8113(L/mol)2)利用分光光度计测定溶液光密度，得光密度OD565-时间t曲线使用722S型分光光度计检测比色皿中液体光密度值OD656的数值，输出到计算机记录，利用光密度数据和εL的值，作c(I3-)-t图，并求出各组反应速率。利用εL=169.8765L/mol和测得光密度值，计算出c(I3-)的数值，使用OriginPro作c(I3-)-t曲线，并拟合直线求出斜率计算反应速率，结果如下所示：（所有无效数据点均已舍去） (a)第1组的结果见下图1（温度25℃）