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丙酮碘化反应的速率方程

实验报告
实验名称：丙酮碘化反应的速率方程
姓名： 学号： 班级：
同组： 时间：
一、实验目的
1、掌握用孤立法确定反应级数的方法。
2、测定酸催化作用下丙酮酸碘化反应的速率常数。
3、通过本实验加深对复杂反映特征的理解。
二、实验原理
大多数化学反应是由若干个基元反应组成的。这类复杂反应的反应速率和反应活度之间的关系大多不能用质量作用定律预示。以实验方法测定反应速率和反应物活度的计量关系，是研究反应动力学的一个重要内容。对复杂反应可采用一系列实验方法获得可靠的实验数据并据此建立反应速率方程式，以其为基础，推测反应的机理，提出反应模式。
孤立法是动力学研究中常用的一种方法。设计一系列溶液，其中只有某一物质的浓度不同，而其他物质浓度均相同，借此可以求得反应对该物质的级数。同样亦可以得到各种作用物的级数，从而确立速率方程。
丙酮碘化反应是一个复杂的反应，其反应为：

在实际操作中，一定浓度范围内，通常可以用物质浓度替代活度表示某一物质对反应速率的影响，假设上述反应的反应常数方程为：

式中：r为丙酮碘化的反应速率，k为反应速率常数，指数X、Y和Z分别为丙酮，酸和碘的分级数。
按照朗伯-比耳(Lambert-Beer)定律，某指定波长的光通过碘溶液后的光强为I，通过蒸馏水后的光强为I0，则透光率可表示为:
A=-
以A对时间t作图，其斜率为ab，若已知a和b，则可计算出速率方程。
若C丙酮 ≈C酸»C碘 则值对t关系为一条直线，故有
C碘1-C碘2=(t2-t1)
k=··
  由两个或两个以上温度的速率常数，就可以根据阿累尼乌斯(Arrhenius)关系式估算反应的活化能。  

三、 仪器和试剂
722型光栅分光光度计 超级恒温水浴
容量瓶（25ml） 3个 移液管（5ml，刻度） 3支
烧杯（50ml） 丙酮溶液（2.00ml/L）
盐酸溶液（2.00ml/L） 碘溶液（0.02ml/L）
四、实验步骤
恒温准备、配置溶液——分光光度计校正——侧吸光系数a——测反应溶液的A-t
1、 恒温准备、配置溶液
丙酮溶液（2.00ml/L）、盐酸溶液（2.00ml/L）、碘溶液（0.02ml/L）
将超级恒温水浴温度调至25±0.1℃。
2、 分光光度计校正
在1cm比色皿样品池中装2/3的蒸馏水。将波长调节盘调到520nm处，合上盖板，选择透射模式，调节拉杆位置到调零档，按下0%T使读数显示0.00。调节拉杆位置使装有蒸馏水的比色皿进入光路，用100%T按键使读数显示1.00。测量时，选择档调至吸光度（A）模式。
三、 测吸光系数a
将装有蒸馏水的洗瓶和碘溶液置于恒温水浴中恒温。在一定浓度范围内，配置碘溶液，测量其吸光度，根据A=abc计算出ab值。
四、 测反映溶液的A-t
将装有丙酮溶液的磨口瓶、一定体积的盐酸溶液和碘溶液的容量瓶置于恒温水浴中恒温。待溶液恒温后，在容量瓶中移入已经恒温的一定体积的丙酮溶液，加入已恒温的蒸馏水，稀释至刻度。迅速混匀后，计时，并尽快倒入池中读数。之后，每隔15秒读数一次，保证在吸光度回到0.100之前能均匀采得10点以上。
五、 数据处理
1、 通过已知浓度的碘溶液求的ab值。

碘溶液
浓度C
0.0024
吸光度A
0.401
a
167.08

所以：ab = 168.08
反应序号
1
2
3
4
反应温度
25℃
25℃
25℃
25℃
丙酮酸
2
2
4
2
盐酸
2
2
2
4
碘溶液
1.5
3
1.5
1.5
t/min
吸光度A
吸光度A
吸光度A
吸光度A
0.00
0.217
0.389
0.185
0.201
0.33
0.217
0.387
0.178
0.192
0.66
0.214
0.385
0.170
0.182
1.00
0.211
0.383
0.163
0.170
1.33
0.207
0.380
0.158
0.163
1.66
0.205
0.379
0.153
0.158
2.00
0.202
0.375
0.146
0.150
2.33
0.199
0.372
0.141
0.143
2.66
0.196
0.368
0.135
0.137
3.00
0.193
0.365
0.129
0.131
3.33
0.190
0.362
0.124
0.126
3.66
0.188
0.360
0.118
0.118
4.00
0.185
0.356
0.113
0.113
4.33
0.182
0.348
0.107
0.106
4.66
0.179
0.347
0.101
0.101
2、 各个反应溶液的吸光度值A对时间t作图，求得其反应速率。
反应序号
5
反应温度
35℃
丙酮酸
2
盐酸
2
碘溶液
1.5
t/min
吸光度A
0
0.188
0.25
0.183
0.5
0.179
0.75
0.177
1
0.173
1.25
0.170
1.5
0.167
1.75
0.164
2
0.161
2.25
0.158
2.5
0.153
2.75
0.150
3
0.148
3.25
0.145
A-t数据记录：

‚A-t图：
反应1

由图可得其线性方程为：A=-0.00851×t + 0.21883
则其斜率为：-0.00851
所以 r1 = 斜率/-ab =-0.00851/160.08=5.316×10-5
反应2

由图可得其线性方程为：A= -0.00915×t + 0.39172
则其斜率为：-0.00915
所以 r2 = 斜率/-ab =-0.00915/160.08=5.716×10-5
反应3

由图可得其线性方程为：A= -0.01758 * t + 0.18236
则其斜率为：-0.01758
所以 r3 = 斜率/-ab =-0.01758/160.08=1.098×10-4
反应4

由图可得其线性方程为：A= -0.02087 * t + 0.19469
则其斜率为：-0.02087
所以 r4= 斜率/-ab =-0.02087/160.08=1.304×10-4
反应5

由图可得其线性方程为：A= -0.01299 * t + 0.18654
则其斜率为：-0.01299
所以 r5= 斜率/-ab=-0.01299/160.08=8.115×10-5
3、 根据速度求x，y，z及k。
因为在T为25℃时：
r1=5.316×10-5 r2=5.716×10-5
r3=1.098×10-4 r4=1.304×10-4
所以：x = 1，y = 1， z = 0
根据k =··
得到：
反应1:k1=(0.217-0.179)/(4.66×60×168.08×0.16×0.16)=3.159×10-5
反应2:k2=(0.389-0.347)/(4.66×60×168.08×0.16×0.16)=3.491×10-5
反应3:k3=(0.185-0.101)/(4.66×60×168.08×0.32×0.16)=3.491×10-5
反应4:k4=(0.182-0.106)/(3.67×60×168.08×0.16×0.32)=4.016×10-5
所以k = （k1+k2+k3+k4）/4=3.540×10-5
当T=35℃时： k = 5.125×10-5
4、 根据不同温度的速率常数k，计算丙酮碘化反应的活化能Ea
因为：

所以:
Ea=8.314×298×308×ln(5.125×10-5/3.540×10-5)/(308-298)
= 2.8×103 J
六、思考题
问：动力学实验中，正确计算时间是很重要的步骤。本实验中，从反应物开始混合到开始读数，中间有一段不短的操作时间，这对实验有无影响？
答：理论上有影响，但实际上几乎没有影响，理论系统误差小于千分之一。而且反应刚开始会有很多不确定因素—反应液是否完全混匀、生成中间体浓度需要多长时间达到稳态近似法处理的条件d[M]/dt= 0 等。且因为实验是依据c（I3-）- t 取得反应速率k的。而在实验条件下， c（I3-）- t为一条直线，故计时稍晚，实验得到的数据是正确实验条件下的部分，但其仍为直线，直线的斜率仍旧是反应的速率k。但是如果计时过晚，使得I2反应殆尽，则d（I2）会很小，作图时容易出现大的误差。
七、 实验小结
测定时比色皿未洗涤干净或者残存的水，对测定比色皿未洗涤干净则会造成碘的浓度增大，所测得的反应速率增大，残留有水分则一方面碘的浓度减少，另一方面所测得的光度度也不准确，对结果造成误差。所以在进行实验过程中，比色皿应用配置的溶液润洗两到三次。