基礎物理化學實驗

1、丙酮碘化反應的速率方程,基礎化學實驗Ⅲ （物理化學實驗）,復雜反應、反應速率常數(shù)、反應級數(shù)。,知識點：,知識點及實驗技能訓練要點,分光光度計的的使用、恒溫水浴的使用（均為首次訓練）,實驗技能訓練要點：,一、實驗目的,二、實驗原理,三、實驗步驟,四、注意事項,五、實驗總結,六、實驗延伸,七、思考題,1、掌握用孤立法確定反應級數(shù)的方法2、測定丙酮碘化反應的速率方程及反應速率常數(shù)3、掌握分光光度計的使用方法4、通過本實驗加深對復雜反應特

2、征的理解,一、實驗目的,在酸性溶液中，丙酮碘化反應是一復雜反應，其反應式為： 實驗表明，該反應速率幾乎與鹵素（X2） 的種類及其濃度無關，而與丙酮及氫離子的濃度有關。假定該反應的速率方程為： (1) 式中，

3、指數(shù)x, y, z分別為丙酮、氫離子和碘的反應級數(shù)，k為反應速率常數(shù)。將⑴式取對數(shù)：,二、實驗原理,在丙酮、酸和碘三種反應物中，先固定其中兩種反應物的濃度，配制第三種物質濃度不同的一系列溶液。這樣，反應速率只是第三種物質濃度的函數(shù)。以 對該組分濃度的對數(shù)lgc作圖，應為一直線，直線的斜率即為對該物質的反應級數(shù)。同法，可得其它兩種物質的反應級數(shù)。,,(2),因為碘在可見光區(qū)有一個吸收帶，而在這個吸收區(qū)域中酸和丙酮沒有明顯

4、的吸收，所以可采用分光光度計來測定反應過程中碘濃度隨時間的變化關系。根據(jù)朗伯－比爾（Beer）定律： (3) 式中，T為透光率。I和I0分別為某一波長的光線通過待測溶液和空白溶液后的光強，a為吸光系數(shù)，b為樣品池光徑長度。從⑶式可見，透過率的對數(shù)lgT是c碘的函數(shù)，而c碘

5、又是反應時間t的函數(shù)，即：,以lgT對t作圖，其斜率為 。若已知a和b，則可計算出反應速率 。 若c酸≈c丙 >>c 碘，實驗表明lgT對t作圖為一直線。即 不隨時間而變，這就意味著反應速率與碘的濃度無關。即該反應對碘為零級。 本實驗 c酸≈c丙 >>c 碘，可以認為c酸和c丙保持不變，又因z =0，積分⑴式

6、 式中 實際上就是lgT—t的直線斜率。再由a, b，及C丙，C酸（x，y＝1）可求出k值。,,,1. 碘溶液配置：準確稱取KIO3 0.1427 g于50 mL燒杯中，加入少量蒸餾水全部溶解，加入KI 1.1 g，加熱溶解,再加入2.0 mol/L 鹽酸溶液 2 mL，將得到的溶液體系轉移至100 mL容量瓶，稀釋至刻度，得到濃度為0.02 mol/L的碘溶液 (準確配置濃度為0.02

7、 mol/L的碘溶液)。2. 丙酮溶液配置：在100 mL容量瓶中（加入少量蒸餾水），準確稱取丙酮質量5.808 g，加入蒸餾水至刻度，得到濃度為2.00 mol/L的丙酮溶液(準確配置濃度為2.00 mol/L的丙酮溶液)。,三、實驗步驟,3. 反應溶液的配制：移取5 mL 2.00 mol/L鹽酸于6個50 mL的容量瓶中，分別加入2.00 mL， 2.50 mL，3.00 mL， 3.50 mL, 4.00 mL ，4.50

8、mL碘溶液于不同容量瓶中，并標記為1，2，3，4，5，6號溶液，加入少量蒸餾水待用。,4. 分光光度計調節(jié)：打開分光光度計(見下圖)， 預熱10 min，將波長選定在520 nm處，調節(jié)至T%模式，選用3 cm光程比色皿，以蒸餾水作為參比，調節(jié)100％（放入第一格）。以檔光板調節(jié)0％（放入第二格）。,5. 測量：將5.00 mL丙酮加入1號溶液中，迅速的加入蒸餾水定容。搖勻后，將3 cm光程比色皿潤洗2次，放入分光光度計第四格中，調

9、節(jié)100％, 0%。待讀數(shù)穩(wěn)定后讀數(shù)，開始計時，每隔1min記錄讀數(shù)，記錄10組數(shù)據(jù)。重復以上操作，測量2-6號樣品。,注意：每次讀數(shù)前均需調節(jié)100％和零點。（等待過程中避免將樣品池放在光路中）。,1、丙酮溶液要最后加入容量瓶中，丙酮溶液加入后要盡快操作。2、KIO3全部溶解后，加入KI，微熱助溶后再加入鹽酸。 3、溶液配置注意體積不同而要求的質量不同。4、每次計取讀數(shù)前都要進行透光率100％和零點調節(jié)。,四、注意事項,五、實

10、驗總結,分別將所測各組反應液的lgT對t作圖，求其斜率。以該斜率的對數(shù)對該組分濃度的對數(shù)作圖，從該斜率求出物質碘的反應級數(shù)z。,（一） 數(shù)據(jù)處理,計算各組反應速率常數(shù)，然后取其平均值。,吸光系數(shù)a采用0.0200 mol/L的碘溶液自行測定。學生實驗統(tǒng)計結果a = 180 mol-1L-1cm-1。,（二） 討論,1、由于反應并不停留在一元鹵化丙酮上，還會繼續(xù)反應下去。故采用初始速率法測量開始一段的反應速率，實驗中應盡可能縮短丙酮加入

11、到開始讀數(shù)的時間，從而保證測定反應的開始階段。,2、朗伯－比耳(Lambert-Beer)定律及其偏離因素,（二） 討論,（1）. 吸收定律本身的局限性：朗伯－比耳(Lambert-Beer)定律是一個只有在稀溶液中才能成立的定律，在高濃度時（通常c >0.01mol/L），吸收質點之間的平均距離縮小到一定程度，鄰近質點彼此的電荷分布都會相互受到影響，此影響能改變它們對特定輻射的吸收能力，因此，導致 A與c 線性關系發(fā)生偏差。,（

12、2）. 化學因素：溶液中的溶質可因 c 的改變而有離解、締合、配位以及與溶劑間的作用等原因而發(fā)生偏離朗伯－比耳(Lambert-Beer)定律的現(xiàn)象。,（3）. 儀器因素（非單色光的影響）：朗伯－比耳(Lambert-Beer)定律的重要前提是“單色光”，即 只有一種波長的光；實際上，真正的單色光卻難以得到。由于吸光物質對不同波長的光的吸收能力不同導致偏離。,（4）. 其它光學因素：（a）散射和反射：渾濁溶液由于散射光和反射光而偏離朗伯

13、－比耳(Lambert-Beer)定律；（b）非平行光。,六、實驗延伸,固定碘的量，同時固定鹽酸或丙酮的量，改變丙酮或鹽酸的量， 求出x，y。,1. 若將丙酮加至含有碘和鹽酸的容量瓶中，并不立即開始計時，而是當混合物稀釋至50 mL搖勻，并加入比色皿測定透光率時，再開始計時，對處理結果有無差別？為什么？2、在每次等待讀數(shù)過程中，如將樣品池放在光路中將會對反應有什么 影響？3、丙酮溶液的配置中為何在容量瓶中加入少量蒸餾水？4、影響