丙酮碘化反应(更正7).ppt
丙酮碘化反应目的要求一、利用分光光度计测定酸催化时丙酮碘化反应的一、利用分光光度计测定酸催化时丙酮碘化反应的反应级数、速率常数及活化能。反应级数、速率常数及活化能。二、二、掌握掌握TU-1810DASPCTU-1810DASPC紫外可见分光光度计有关部分紫外可见分光光度计有关部分的使用方法的使用方法(有键盘和显示器，可与有键盘和显示器，可与PCPC联机操作，可联机操作，可变狭缝，双光束）变狭缝，双光束）。基本原理 酸催化的丙酮碘化反应是一个复杂反应，初始阶段反应为：H+是反应的催化剂，因丙酮碘化反应本身有H+生成，所以，这是一个自动催化反应。又因反应并不停留在生成一元碘化丙酮上，反应还继续下去，所以选择适当的反应条件，测定初始阶段的反应速度。其基本原理速度方程可表示为：式中 分别为碘化丙酮、丙酮、碘、盐酸的浓度（单位：molL-1）；k为速度常数；指数p、q、r分别为丙酮、碘和氢离子的反应级数。如反应物碘是少量的，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此时反应将限制在按方程（1）进行。实验证实在本实验基本原理条件（酸的浓度较低）下，丙酮碘化反应对碘是零级反应，即q为零。由于反应速度与碘的浓度的大小无关（除非在很高的酸度下）、因而反应直到碘全部消耗之前，反应速度将是常数。即对（3）式积分后可得：基本原理式中C 是积分常数。由于 ，可由 的变化求得的变化，并可由 对时间t作图，求得反应速度。因碘溶液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则没有明显的吸收（要考虑 的吸收），所以可采用分光光度法直接观察碘浓度的变化，从而测量反应的进程。按朗伯-比耳定律，在某指定波长下，吸光度与碘浓度有：基本原理又有式中：I0为入射光强度，可采用通过蒸馏水后的光强；I为透光强度，即通过碘溶液后的光强；l为溶液厚度；a为吸光系数；T为透光率。对同一比色皿l为定值，（5）式中 al可通过对已知浓度的碘溶液的测量来求得。将（5）代入（4）中可得：基本原理由（7）式可知，A对时间t作图，通过斜率m可求得反应速度，即 （8）式与（3）式相比较，则有 为了确定反应级数p，至少需进行两次实验，用脚注数字分别表示各次实验。当丙酮初始浓度不同，而氢离子、碘的初始浓度分别相同时，即 基本原理 基本原理 同理，当丙酮、碘的初始浓度分别相同，而酸的浓度不同时，即又 从而作四次实验，可求得反应级数p，r，q。基本原理 本实验选定丙酮的浓度范围为0.10.4 molL-1，氢离子浓度为0.1 0.4 molL-1，碘的浓度为0.0001 0.01 molL-1。反应过程中可认为cA和cH+保持不变，又因q=0，则由（2）积分可得 将式（6）代入上式得：基本原理 由两个温度的反应速度常数k1与k2，据阿仑尼乌 斯关系式：仪器 试剂TU-1810DASPC分光光度计一台（北京普析通用仪器责任有限公司，有键盘和显示器，可与PC联机操作，可变狭缝，双光束）容量瓶（50mL）容量瓶（100mL）移液管（5mL，刻度）移液管（10mL，刻度）移液管（20mL，刻度）烧杯（50mL）丙酮溶液（2.00 molL-1）盐酸溶液（1.62 molL-1)仪器 试剂碘溶液(0.03molL-1)：具体方法为，准确称取分析纯KIO3 0.2141g，在50mL烧杯中加入少量水微热溶解，加入分析纯KI1.65g加热溶解，再加入1.62 molL-1的盐酸3.80mL混合，倒入100mL容量瓶中，稀释至刻度，反应而得。实验步骤1、将波长调到565nm处，选择比色皿。2、求al值。在50mL容量瓶中配制0.003 molL-1碘溶液。用少量的碘溶液洗比色皿二次，再注入 0.003 molL-1的碘溶液，测其吸光度。测三次取平均值。3、丙酮碘化反应的速度常数的测定。用移液管分别吸取0.03 molL-1的碘溶液10.00mL、10.00mL、10.00mL、5.00mL，注入已编号的4只干净的50mL容量瓶中，另取移液管分别向实验步骤14号容量瓶内加入标准HCl溶液5.00mL，5.00mL，10.00mL，5.00mL（注意依瓶号顺序），再分别注入适量的蒸馏水。向1号瓶中加入10.00mL 2molL-1丙酮溶液，用蒸馏水稀释到刻度，迅速摇匀，用此混合液将干净的比色皿清洗几次，然后把溶液注入比色皿（上述操作要迅速进行）、在设置好参数的分光光度计上记录A-t直线。再依次配置并测量24号溶液。上述溶液的配置如下表所示：实验步骤数据处理一、分别将求得的各组反应的吸光度A值对t作图，求出斜率，再求出反应对各物质的级数p、r、q。二、计算反应速率常数k。三、文献值：1、p=1，r=1，q=04。2、反应速率常数5数据处理3、活化能 注意事项1、温度对反应速度有一定的影响。2、向溶液中加入丙酮后，反应就开始进行。如果从加入丙酮到开始读数之间的延迟时间较长，可能无法读到足够的数据，当酸浓度或丙酮浓度较大时更容易出现这种情况。为了避免实验失败，应先将分光光度计调好，加入丙酮后应尽快操作。3、要考虑溶液中 的平衡。4、本实验容器应用蒸馏水充分荡洗，否则会造成沉淀使实验失败。5、不要污染药品。6、不要将比色皿毛玻璃面朝向光源，不要在联机时拉动比色皿架。评注启示一、反应机理推测评注启示评注启示二、在一定条件下，特别是卤素浓度较高时，反应II-19-9并不停留在一元卤化丙酮上，可能会形成多元取代，故应测定开始一段时间的反应速率。但当c碘偏大或c丙、c酸偏小时，因不符合比尔定律或者浓度变化过小时，将导致读数误差较大。三、根据教学时数安排，可改变c碘证明q=0，也可由A-t的线性关系得出同样结论。在两个或更多温度下测定k，还可粗略求算反应活化能。思考题1、动力学实验中，正确计算时间是很重要的实验关键。本实验中，从反应物开始混合，到开始读数，中间有一段不很短的操作时间，这对实验结果有无影响？2、测定和计算时如果采用透光率而不是吸光度，则计算公式如何改变？参考文献1、东北师范大学,等.物理化学实验.北京:高等教育出版社,1989.2、庄继华,等.物理化学实验.北京:高等教育出版社,2005.3、刘勇健,白同春.物理化学实验.南京:南京大学出版社，2009.4、Daniels F,Alberty R A,William J W,Cornwell C D,Bender P,Harriam J E.Experimental Physical Chemistry.7th ed.New York:McGraw-Hill,Inc.,1975.152.5、Thon N(Ed).Tables of Chemcial Kinetics,Homogenous Reactions,NBS Circular 510.US Government Printing Office,1951.304.仪器设置打开主机和计算机电源，确认紫外仪器与计算机连接正常，点击UVWIN5的快捷方式来启动软件，进行仪器初始化。主界面窗口包括：菜单栏（大部分功能）：文件、编辑、测量。工具栏：将菜单中常用的功能以工具按钮的方式进行集中处理。状态栏：位于整个窗口的底部，负责显示软件中的一些状态信息。例如：指令执行的状态、数据文件类型等。树型窗口：工作室窗口：显示当前各个功能模块的文件和工作室 附件窗口：显示和控制当前仪器的附件。模块窗口：是主界面窗口的子窗口，每个窗口可以完成不同的测量功能。点击窗口的标题栏或选择工作室窗口中相应的模块来激活。仪器设置仪器性能：对于紫外可见分光光度计来说，光学系统是整个仪器的核心部分，而当今的紫外仪器由于其强大的自动功能。因此，增加了许多对光学系统设置的选项，从而使操作更为方便，控制更为灵活。测量菜单仪器性能灯状态（关氘灯）；光谱带宽；响应时间；换灯波长附件设置：测量菜单附件五联池；类型：空白：基线校正时自动切换到此样品池进行校正；样品名：设置对应样品池的样品的名称。定量测量:测量菜单参数设置：测量方法，主波长，样品编号，重复测量，自动切换样品池。光度测量：测量菜单参数设置：测量波长，光度模式，重复测量，起始编号：设置样品编号中的起始数字。基线扫描：可在吸光度或透过率测光方式下进行的。同时也是光谱扫描所特有的校正功能。由于这两种测光方式的计算方法要求对空白溶液或溶剂进行校正，因此扫描前或更改扫描参数后，需进行基线校正。仪器设置光谱扫描：测量菜单参数设置：仪器、附件前面已设置。测量：光度模式；显示范围；扫描参数；扫描方式：单次，重复（时间间隔、重复次数）；自动扫描：根据样品池的数量进行扫描，不需设置重复次数，只要设置时间间隔。时间扫描：测量菜单参数设置：仪器、附件前面已设置。时间扫描光度模式；测量波长点；时间选项：时间单位（分、秒），显示方式，自动模式（不选则需要设置采样数和时间间隔），扫描时间（自动模式），采样数，时间间隔；扫描方式（单次扫描、重复扫描、自动扫描）；时间增量。
