丙酮碘化反应

丙酮碘化反应

一、实验目的

1. 通过实验加深对复杂反应特征的理解。

2. 测定酸催化时丙酮碘化反应的速率常数、活化能。

3. 掌握722型可见分光光度计的使用方法。

二、实验原理

不同的化学反应其反应机理是不相同的。按反应机理的复杂程度之不同可以将反应分为基元反应（简单反应）和复杂反应两种类型。简单反应是由反应物粒子经碰撞一步就直接生成产物的反应。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（或称可逆反应，与热力学中的可逆过程的含义完全不同）。平行反应和连续反应等。

丙酮碘化反应是一复杂反应，反应方程式为：

H+是催化剂，由于反应本身能生成H+，所以，这是一个自动催化反应。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，其反应的速率方程可表示为：

式中CA为丙酮的浓度；CD为产物碘化丙酮的浓度；CH+为氢离子的浓度；K为

丙酮碘化反应的总的速率常数。

由反应（2）可知，如果测得反应过程中各时间碘的浓度，就可以求出。由于碘在可见光区有一个比较宽的吸收带，所以本实验可采用分光光度法来测定不同时刻反应物的浓度。

若在反应过程中，丙酮的浓度为0.1～0.6mol·dm-3，酸的浓度为0.05～0.5mol·dm-3时，可视丙酮与酸的浓度为常数。将（3）式积分得：

按朗怕-比耳定律，若指定波长的光通过碘溶液后光强为I，通过蒸馏水后的光强为I0，则透光率可表示为：

并且透光率与碘的浓度有如下关系：

式中，l为比色皿光径长度；K' 是取10

为底的对数时的吸收系数。又因

，积分后可得：

将式（5）、（6）代入式（4）中整理后得：

或：

式中，K'l 可通过测定一已知浓度的碘溶液的透光率T代入式（5）而求得。当CA与CH+浓度已知时，只要测出不同时刻反应物的透光率，就可利用（8）式求

出丙酮碘化反应的速率常数K，就可以根据阿仑尼乌斯公式估算反应的活化能，

Ea=TTK12ln2 T2-T1K1

式中：T1 ,T2为热力学温度。

三、仪器和药品

1、带恒温装置的722型可见分光光度计；2、超级恒温槽；3、秒表； 4、100mL磨口锥形瓶1个；5、50mL容量瓶2个；6、5mL移液管3支。 7、0.01mol/L碘溶液(KIO3 + 5KI + 6HCI = 3I2 + 6KCI + 3H2O)：

准确称取 KIO3 0.1427g,在50mL烧杯中加入少量水微热溶解,加入 KI 1.1g加热

溶解,再加入2ml的盐酸10mL混和,倒入100mL容量瓶中,稀释至刻度。 8、2mol/L丙酮

9、1mol/L盐酸

四、实验步骤

1、调整分光光度计

1）开启电源，指示灯亮。选择“T”模式，波长调到560nm的位置上，让仪器稳定20分钟。

2）装上黑体皿，盖好样品室盖，轻按“0”按钮，使数字显示为“00.0”。将装有蒸馏水的比色皿（光径长为1cm）放到比色架上，盖上样品室，使之处在光路中。轻按透光率T“100 %”按钮，使数字显示为“100.0”。

注意事项：要随时进行“0”和“100”的校正。

2、求仪器常数κl值

取另一比色皿，注入0.01mol.dm-3的I2溶液，放到比色架的另一档位置上，测其

透光率T（注意：显示器上读出的“透光率”相当于I0=100时的I值，所以透光

率T=I读×0.01）。利用（5）式计算Kl的值。

3、测定丙酮碘化反应的速度常数K：

在一洗净的50mL容量瓶中，用移液管移入5mol 2mol/L丙酮溶液，加入少量蒸馏水（为什么？）。取另一洗净的50ml容量瓶，用移液管移入5ml实验用碘溶液。再用另一支移液管移入5mlHCl溶液，于100ml磨口带盖锥形瓶中注入蒸馏水。三瓶各自盖好塞子，一起放入恒温槽中恒温。待达到恒温后（10min左右），将丙酮溶液倒入盐酸和碘溶液容量瓶中，用恒温的蒸馏水洗丙酮瓶3～4次，洗涤液倒入混合液瓶中，用恒温蒸馏水稀释至刻度。此步骤在恒温槽小孔口中进行。取出此容量瓶，摇匀后迅速倒入比色皿中，用擦镜纸擦于玻璃外壁，放入比色皿架上。以下与步骤（3）相同，测其透光率T。每隔3min量一次，直至24min左右。在测量过程中，需经常检查检流计零点和蒸馏水空白的透光率。

4、分别升温至30℃，35℃，测以上各温度时透光率T。

【注意事项】

1）要每次记录数据前，均需检查仪器零点和蒸馏水空白的透光率。

2）环境温度对实验数据的影响很大，要求除测定数据之外的时间内，都要把样品室的盖子打开散热，盖子打开时要把黑体皿放在光路中。

五、数据处理

1. 利用（5）式，求出K’l。

2. 由lgT对时间t作图，应得一直线，求此直线斜率，再由斜率m求出K总。

（注意CA，CH+应取值若干？）

3. 求活化能：

由阿累尼乌斯公式

以lgK对1/T作图，由斜率m求En。

六、思考题

1.动力学实验中，正确计量时间是实验的关键。本实验将反应开始混合，到起算反应时间，中间有一段不算很短的操作时间。这对实验有无影响？为什么？

2.丙酮的卤化反应是复杂反应，为什么？

752型紫外可见分光光度计

操作规程

操作规程：

1. 打开仪器开关，仪器使用前应预热30分钟。

2. 转动波长旋钮，观察波长显示窗，调整至需要的测量波长。

3. 根据测量波长，拨动光源切换杆，手动切换光源。200-339nm使用氘灯，切换杆拨至紫外区；340nm-1000nm使用卤钨灯，切换杆拨至可见区。

4. 调T零

在透视比（T）模式，将遮光体放入样品架，合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路。按下“调0%”键，屏幕上显示“000.0”或“-000.0”时，调T零完成。

5. 调100%T/ OA

先用参比（空白）溶液荡洗比色皿2-3次，将参比（空白）溶液倒入比色皿，溶液量约为比色皿高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路。按下“调100%”键，屏幕上显示“BL”延时数秒便出现“100.0”（T模式）或“000.0”、“-000.0”（A模式）。调100%T/ OA完成。

6. 测量吸光度

6.1 参照操作步骤3、步骤4。

6.2 在吸光度（A）模式，参照步骤5调100%T/ OA。

6.3 用待测溶液荡洗比色皿2-3次，将待测溶液倒入比色皿，溶液量约为比色

皿 高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放

入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路，读取测量数据。

7. 测量透视比

7.1 参照操作步骤3、步骤4。

7.2 在透视比（T）模式，参照步骤5调100%T/ OA。

7.3 用待测溶液荡洗比色皿2-3次，将待测溶液倒入比色皿，溶液量约为比色皿

高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路，读取测量数据。

8. 浓度测量

8.1 参照操作步骤3、步骤4。

8.2 在透视比（T）模式，参照步骤5调100%T/ OA。

8.3 用标准浓度溶液荡洗比色皿2-3次，将标准浓度溶液倒入比色皿，溶液量约

为比色皿高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路。

8.4 按下“功能键”切换至浓度（C）模式。

8.5 按下“▲”或“▼”键，设置标准溶液浓度，并按下“确认”键。

8.6 用待测溶液荡洗比色皿2-3次，将待测溶液倒入比色皿，溶液量约为比色

皿 高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路，读取测量数据。

9. 斜率测量

9.1 参照操作步骤3、步骤4。

9.2 在透视比（T）模式，参照步骤5调100%T/ OA。

9.3 按下“功能键”切换至斜率（F）模式。

9.4 按下“▲”或“▼”键，设置样品斜率。

9.5 用待测溶液荡洗比色皿2-3次，将待测溶液倒入比色皿，溶液量约为比色

皿 高度的3/4，用擦镜纸将透光面擦拭干净，按一定的方向，将比色皿放入样品架。合上样品室盖，拉动样品架拉杆使其进入光路，按下“确认”键（此时仪器自动切换至浓度（C）模式），读取测量数据。

10. 测量完毕

10.1 测量完毕后，清理样品室，将比色皿清洗干净，倒置晾干后收起。

10.2 关闭电源，盖好防尘罩，结束试验。

注意事项：

1、调100%T/ OA后，仪器应稳定5分钟再进行测量。

2、光源选择不正确或光源切换杆不到位，将直接影响仪器的稳定性。

3、比色皿应配对使用，不得混用。置入样品架时，石英比色皿上端的“Q”标记（或箭头）、玻璃比色皿上端的“G”标记方向应一致。

4、玻璃比色皿适用范围：320nm~1100nm，石英比色皿适用范围：200nm~1100nm。