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??bcI2
TI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0.1～0.4 mol·L-1，氢离子浓度为0.1～0.4 mol·L-1，碘的浓度为0.0001～0.01
-1
mol·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?1 k??????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（0.05 mol?L-1），丙酮，盐酸，淀粉指示剂；丙酮溶液2.00mol.L-1 ，盐酸2.00 mol?L-1，碘溶液0.02 mol?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 + Na2S4O6
1.2.2标定
准确量取20ml～25ml碘液，加50ml水、30ml 0.1C(HCl)盐酸，摇匀，用 0.1 C(Na2S2O3)的Na2S2O3标准溶液滴定近终点（微黄色）时加30ml 0.5％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×C1 C= V 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； V1 ― 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0.001 mol·L-1碘水溶液，用少量的碘水溶液洗涤比色皿两次，再注入0.001 mol·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0.02 mol·L-1碘水溶液5ml、2.00 mol·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2.00 mol·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0.02 mol·L-1碘水溶液5ml，同时依次加入2.00 mol·L-1 HCl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5ml 2.00 mol·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?AbcI2)。 测量次数 吸光度A 1 0.648 2 0.648 3 0.650 平均值 0.649
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