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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.
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