丙酮溶液

实验10丙酮碘化实验

同组人姓名:田雨禾

实验日期：2014年11月6日

提交报告日期：2014年11月13日

指导教师：孙海源

1引言

1.1实验目的

1．采用分光光度法测定用酸作催化剂时丙酮碘化反应的速率系数、反应级数和活化

能。

2．通过本实验加深对复合反应特征的理解。

3．熟练掌握分光光度计的原理和使用方法。

1.2实验原理

只有少数化学反应是由一个基元反应组成的简单反应，大多数化学反应并不是简单

反应，而是由若干个基元反应组成的复合反应。大多数复合反应的反应速率和反应物浓度

间的关系，不能用质量作用定律表示。因此用实验测定反应速率与反应物或产物浓度间的

关系，即测定反应对各组分的分级数，从而得到复合反应的速率方程，乃是研究反应动力

学的重要内容。

对于复合反应，当知道反应速率方程的形式后，就可以对反应机理进行某些推测。如

该反应究竟由哪些步骤完成，各个步骤的特征和相互联系如何等等。

实验测定表明，丙酮与碘在稀薄的中性水溶液中反应是很慢的。在强酸（如盐酸）条

件下，该反应进行得相当快。但强酸的中性盐不增加该反应的反应速率。在弱酸（如醋酸）

条件下，对加快反应速率的影响不如强酸（如盐酸）。

酸性溶液中，丙酮碘化反应是一个复合反应，其反应式为：

+H

+

32332

(CH)CO+ICHCOCHI+H+2I－－（1）

该反应由H+催化，而反应本身又能生成H+，所以这是一个H+自催化反应，其速率方程为：







3

+

3

-dcI

-dcAdcE

r====kcAcIcH

dtdtdt

－

－（2）

式中：r—反应速率；

k—速率系数；

cA、3

cI－、+cH、cE—分别为丙酮、碘、氢离子、碘化丙酮的浓度，-3moldm；



、、—分别为反应对丙酮、碘、氢离子的分级数。

反应速率、速率系数及反应级数均可由实验测定。

丙酮碘化对动力学的研究是一个特别合适而且有趣的反应。因为

3

I－在可见光区有一个

比较宽的吸收带，而在这个吸收带中，盐酸和丙酮没有明显的吸收，所以可以采用分光光

度计测定光密度的变化（也就是

3

I－浓度的变化）来跟踪反应过程。

虽然在反应（1）中没有其它试剂吸收可见光，但却存在下列一个次要却复杂的情况，

即在溶液中存在

3

I－、

2

I和I－的平衡：

23

I+II－－（3）

平衡常数K=700

。其中

2

I在这个住房申请书 吸收带中也吸收可见光。因此

3

I－溶液吸收光的数量不仅

取决于

3

I－的浓度，而且也与

2

I的浓度有关。根据朗伯-比尔定律：

D=Lc

（4）

式中：D—光密度（消光度）；

—吸收系数；

L—比色皿的光径长度；

c—溶液的浓度。

含有

3

I－和

2

I溶液的总光密度D可以表示为

3

I－和

2

I两部分光密度的和，即：



323322

D=DI+DI=ILcI+ILcI－－－（5）

吸收系数

3

I－和

2

I是吸收光波长的函数。在特殊情况下，即波长=565nm时，



32

I=I－，上式变为



32332

D=DI+DI=凤凰的凤组词 ILcI+cI





－－－（6）

也就是说，在565n牛仔裤配什么鞋 m这一特定的波长条件下，溶液的光密度D与

3

I－和

2

I浓度之和成正比。

因为在一定的溶质、溶剂和固定的波长条件下是常数。使用固定的一个比色皿，L也

是一定的，所以（6）式中，常数

3

IL－就可以由测定已知浓度碘溶液的光密度D而求

出。

在本实验条件下，实验将证明丙酮碘化反应对碘是零级反应，即=0。由于反应并

不停留在一元碘化丙酮上，还会继续进行下去，因此反应中所用的丙酮和酸的浓度应大

大过量。而所用的碘量很少。这样，当少量的碘完全消耗后，反应物丙酮和酸的浓度可

以认为基本保持不变。

实验还进一步表明，只要酸度不很高，丙酮卤化反应的速率与卤素的浓度和种类（氯、

溴、碘）无关（在百分之几误差范围内），因而直到全部碘消耗完以前，反应速率是常数，

即





3

++

3

-dcI

dcE

r===kcAcIcH=kcAcH=

dtdt

－

－常数（7）

从（7）式可以看出，将-

3

cI对时间t作图应为一条直线，其斜率就是反应速率r。

1、为了测定反应级数，例如指数，至少需进行两次实验。在两次实验中丙酮

的初始浓度不同，+H

和

3

I－的初始浓度相同。若用“Ⅰ”、“Ⅱ”分别表示这两次实验，

令：

2、cA,=ucA,

，++cH,=cH,

，

33

cI,=cI,－－

由（7）式可得：





+

+

kcA,cH,

r

==u

r

kcA,cH,

（8）

取对数：

r

lg=lgu

r

（9）

r

lg

r

=

lgu

（10）

同理可求出指数



，若再做一次实验Ⅲ，使：

3、cA,=cA,

，++cH,=wcH,

，

33

cI,=cI,－－

即可得到：

r

lg

r

=

lgw



（11）

同样

4、cA,=cA,V

，++cH,=cH,V

，

33

cI,=xcI,V－－

即可得到：

V

r

lg

r

=

lgx

（12）

5、根据（2）式，由指数、反应速率和各浓度数据可以算出速率系数k。由两个

或两个以上温度的速率系数，根据阿累尼乌斯公式

a

-E/RTk=Ae

（13）

可以估算反应的表观活化能Ea。

2实验操作

2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图

1、实验仪器和用具

计算机：722S型分光光度计；恒温槽1套；镊子；洗瓶；

10ml刻度移液管1支；5ml刻度移液管3支；5ml移液管1支；25ml容量瓶3个；

2、实验试剂和药品

碘溶液(浓度c=0.02120molL-1；

盐酸溶液(浓度c=1.436molL-1；

丙酮溶液(浓度c=3.372molL-1。

2.2实验条件

表1实验条件记录

温度（℃）大气压（kPa）

17.6100.65

2.3实验操作步骤及方法要点

1、检查仪器和药品。

2、接通电源。

3、开启恒温槽，检查水路是否通畅和漏水。

将装入已标定好的碘溶液、丙酮溶液、盐酸溶液的玻璃瓶放入恒温槽中恒温。恒温槽

温度设定在25℃。到达设定温度10分钟后开始测量。

4、打开分光光度计电源开关，波长调到565nm处，放入装有已恒温的去离子水的

比色皿，调零，方法如下：关试样盖，按100%ADJ，光度计示数应指示100.00（如达不到，情诗大全

可再按一次）；打开试样盖，按0%ADJ，光度计示数应指示为0（如达不到，可再按一次）。

按MODE键，使ABS前的红灯亮。这时候测定的是吸光度。按下分光光度计的FUNC键，数

据开始传输至端口，注意此时已经不能直接在分光光度计上读数，且不能再进行调零的工

作。

5、打开计算机，选择并打开桌面数据采集软件，点击开始即可接收数据。

6、测定L值。准确移取2.5ml碘溶液于25ml容量瓶中，用已恒温的去离子水

稀释至刻度，摇匀，润洗比色皿3次，然后将装有2/3溶液的比色皿置于样品室光路通过

处，盖好盖子。点击单击测定碘液光密度，多次点击后，显示值为多次测定平均值。

7、测定四种不同配比溶液的反应速度。四种不同溶液的配比见表1。

表2实验溶液配比表

碘溶液V/ml

丙酮溶液

V/ml

盐酸溶液

V/ml

1（25℃）555

2（25℃）52.55

3（25℃）552.5

4（25℃）7.555

5（35℃）7.555

按表中的量，准确移取三种溶液于25ml容量瓶中（碘溶液最后加），用去离子水

稀释至刻度，摇匀，润洗比色皿3次，然后将装有2/3溶液的比色皿置于样品室光路通过

处，盖好盖子。在程序中选择对应的实验内容，按“开始接收”，计算机将每隔3s自动采

集数据。注意配溶液时动作要快，以保证温度恒定。山西社保查询

8、做完25℃下的全部四个实验后，再升高恒温水浴温度到35℃进行第五组的试

验。

9、测定完毕，进入试验处理.

4退出丙酮碘化-数据采集界面，进入物化实验中的丙酮碘化界面，输入各溶液浓度、

温度。

点击数据处理。点击打开，选择文件，双击后打开，根据图形进行适当处理，例如：

重新选择零点时，将光标移动到适当位置，点击选择零点后即可；退出。点击读入文件，

按测定顺序读入文件。点击确认和数据处理，反应级数、速率系数、活化能就会显示出来。

2.4实验注意事项

1.测定波长必须为565nm，否则将影响结果的准确性。

2.反应物混合顺序为：先加丙酮、盐酸溶液，然后加碘溶液。丙酮和盐酸溶液混合

后不应放置过久，应立即加入碘溶液。

3.测定光密度D应取范围0.15-0.7。

4.在调节分光光度计的光路位置时，如果加了恒温套，拉杆的位置与原光路位置有

不对应的地方，需目视确认光路通畅。

5.带恒温套的分光光度计要注意保持内部循环水路的畅通，并要防止水路阻挡光

路。

6.调准恒温槽的温度，开冷却水，恒温时间要足够长。

7.配制溶液时，碘溶液一定要最后加。

8.比色皿装液量不要太满，约2/3即可。

9.使用恒温槽注意升温时间，室温与设定温度相差较大时对测定的影响也较大。

3结果与讨论

3.1原始实验数据实验相关条件及参数记录

碘原液浓度c=0.02120molL-1；

HCl溶液浓度c=1.436molL-1；

丙酮溶液浓度c=3.37云南焖肉米线 2molL-1。

2)原始实验测量数据

将原液稀释十倍后，配制得标准碘溶液（浓度为原液的1/10），即c=0.002120

molL-1。测定该溶液在25℃条件下的光密度，所得数据见下表（表3）：

表3标准碘溶液的光密度

实验次数12345平均值

碘溶液光密度0.3590.3600.3600.3600.3600.360

因此所得碘溶液光密度为0.360。

3)实验相关数据文献值

丙酮碘化反应：Ea=86.2(kJ/mol)

丙酮碘化反应反应级数（在本实验条件下）：丙酮=1；碘=0；盐酸=1

3.2计算的数据、结果

1)利用标准碘溶液计算L的数值

由公式L=D/c，代入碘液浓度0.002120mol/L及其光密度0.360。

可得：L=169.8113(L/mol)

2)利用分光光度计测定溶液光密度，得光密度OD565-时间t曲线

使用722S型分光光度计检测比色皿中液体光密度值OD656的数值，输出到计

算机记录，利用光密度数据和L的值，作c(I

3

-)-t图，并求出各组反应速率。

利用L=169.8765L/mol和测得光密度值，计算出c(I

3

-)的数值，使用Origin

Pro作c(I

3

-)-t曲线，并拟合直线求出斜率计算反应速率，结果如下所示：（所有

无效数据点均已舍去）

(a)第1组的结果见下图1（温度25℃）

图1：第1组实验c(I

3

-)-t曲线和线性拟合结果

根据此直线斜率slope求得25℃下体系的反应速率r

1

。

r

1

=-slope*60=0.000251535(mol/L/min)

(b)第2组的结果见下图2（温度25℃）

图2：第2组实验c(I

3

-)-t曲线和线性拟合结果

同上可得到：r

2

=-slope*60=0.000125502(mol/L/min)

(c)第3组的结果见下图3（温度25℃）

图3：第3组实验c(I

3

-)-t曲线和线性拟合结果

同上可得到：r

3

=-slope*60=0.000127019(mol/L/min)

(d)第4组的结果见下图4（温度25℃）

图4：第4组实验c(I

3

-)-t曲线和线性拟合结果

同上可得到：r

4

=-slope*60=0.000260998(mol/L/min)

(e)第5组的结果见下图5（温度35℃）

图5：第5组实验c(I

3

-)-t曲线和线性拟合结果

同上可得到：r

5

=-slpoe*60=0.000608694(mol/L/min)

以上1~5组的数据结果汇总为下表4：

表4反应速率常数计算结果汇总

组别测定温度（℃）碘V(ml)丙酮V(ml)盐酸V(ml)r（mol/L/min）

1255550.000251535

22552.550.000125502

325552.50.000127019

4257.5550.000260998

5357.5550.000608694

3)根据所得反应速率数据分别计算丙酮碘化反应对丙酮、盐酸和碘的分级数。

由公式(10)(11)(12)，将u=2、w=2、x=2/3以及上表4中的数据带入公式，可

得丙酮碘化反应对丙酮、盐酸和碘的分级数，如下表5所示：

表5反应级数计算结果

参与反应物质测定反应级数

丙酮1.00301432

碘0.09108206

盐酸

4)根据25℃和35℃的速率常数求出反应表观活化能Ea

根据25℃时丙酮碘化反应4个速率系数,求出25℃时k

1

的平均值，求出35℃

时的速率系数k

2

，利用阿累尼乌斯公式求出丙酮碘化反应的表观活化能Ea。

所得结果如下表6及表7所示：

表6各反应体系物质浓度计算结果汇总

组别测定温度碘浓度丙酮浓度盐酸浓度

第1组25℃0.004240.67440.2872

第2组25℃0.004240.33720.2872

第3组25℃0.004240.67440.1436

第4组25℃0.006360.67440.2872

第5组35℃0.006360.67440.2872

表7表观活化能Ea计算结果汇总

组别测定温度

k（L/mol/min）

Ea(J/mol)

计算值平均值

第1组25℃0.00210076

0.8.0651

第2组25℃0.00210076

第3组25℃0.00210076

第4组25℃0.00210076

第5组35℃0.00489935

注：R的数值取8.314472(J/mol/K)

3.3讨论分析

1)测定结果与文献值的比较

由文献值可知：丙酮碘化反应Ea=86200(J/mol)

本实验中测得结果为：Ea=64686.59(J/mol)

与文献值的相对误差为：（Ea）=(86200-64686.59/86200)100%=25.0%

2)实验测定值与文献值差异的分析

通过前文分析，我们可以发现用实验测定结果与文献值有较大的差异。产生这一差

异的主要原因如下：

a)实验测定装置、仪器不够精密。实验中所用到的各种仪器，特别是移液管、分

光光度计、数据传送记录装置、温度控制装置等，都不可能完全准确和精密。因此也

可能造成结果与文献值的偏差。

b)测量仪器的系统误差：由于分光光度计等仪器和数据采集系统本身不可能绝对

精确，实验测量过程中也可能存在由此导致的系统误差，影响结果的准确性。

c)反应过程中人为操作：实验中认为反应体系均匀，过程稳定，记录起始点准确。

但在实际情况下，由于很多操作由人完成，所以反应体系很难完全均匀，每次反应起

始条件和过程也可能存在人为差异。因此测定的数据也会存在一定误差。

4结论

本次实验测定丙酮碘化反应的反应级数、反应速率、速率系数和活化能。列表表示如

下：

参与反应物质测定反应级数

丙酮1.00301432

碘0.09108206

盐酸

活化能

64686.59(J/mol)

5参考文献

1.清华大学化学系物理化学实验编写组.物理化学实验.北京：清华大学出版社，1991.

2.贺6s培训 德华，麻英，张连庆编.基础物理化学实验.北京：高等教育出版社，2008.5.

3.朱文涛编着.物理化学.北京：清华大学出版社，1995.8.

6附录

思考题：

1.在动力学实验中，正确计量时间是很重要的。本实验中从反应开始到起算反应时间，

中间有一段不算很短的操作时间。这对实验结果有无影响?为什么?

答：这一过程对反应的确有一定影响，但是在本实验测定条件下，如果操作较快对实验

结果的影响不大，因为反应中丙酮和盐酸的浓度远高于碘，两者是大过量的。因此，在

反应中两者浓度变化很小，从速率方程可知这一变化对总反应速率基本没有贡献。碘的

浓度变化则比较显着，但由于在本实验条件下，丙酮碘化反应中碘的分级数基本为零，

因此这一变化对反应速率的影响也很小，因此此段操作对结果影响可忽略。

2.影响本实验结果的主要因素是什么?

答：影响本实验结果的主要因素是反应体系的温度。因为从阿累尼乌斯公式可知，反应

速率系数（即反应速率）在本次实验条件下主要受到温度的影响。因此实验过程中应尽

可能保持恒温条件。

3.如果用表现活化能Ea代替活化焓△≠H

m

行否?为什么?

答：用表现活化能Ea代替活化焓△≠H

m

应视情况而定。

因为由物化理论可知，某一化学反应的表现活化能可表示为：

Ea=△≠U

m

+RT=△≠H

m

－△(PV)

m

+RT。

在本次实验条件下△(PV)

m

=0，因此

Ea=△≠H

m

+RT。

在本次实验中，测得表观活化能为Ea=64686.59(J/mol)，而△≠H

m

=62208(J/mol)，二者相差4%。在

一般的工程设计中，这是可以忽略的。

对于一些表观活化能较小的反应，RT的值相对就会比较大而不能忽略，所以是否能代替需要根据

具体的反应和条件（高温反应一般不能忽略）来确定。