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4丙酮碘化反应速率方程的确定（第1页）

.4丙酮碘化反应速率方程的确定

一、实验目的

（１）　掌握用孤立法确定反应级数的原理和方法。

（２）　建立丙酮碘化反应的速率方程，测定其反应速率常数。

（３）　掌握分光光度计的使用方法。

二、实验原理

在酸性溶液中，丙酮卤化反应是一个复杂反应，其反应式为：

CCH3OCH3+X2H+CCH3OCH2X+X-+H+

式中：X2为卤素。实验表明，该反应的反应速率几乎与卤素的种类及其浓度无关（即反应分级数近似为0），而与丙酮及氢离子的浓度有关。以碘为例，该反应的速率方程应为：

-dc丙dt=-dc碘dt=kcx丙cy酸cz碘（1）

式中：指数x、y、z分别为丙酮、氢离子和碘的反应分级数；k为反应速率常数。将（1）式取对数，得：

lg-dc碘dt=lgk+xlgc丙+ylgc酸+zlgc碘（2）

在丙酮、酸、碘三种物质的反应体系中，固定其中两种物质的起始浓度，改变第三种物质的起始浓度，测定其反应速率。在这种情况下，反应速率只是第三种物质浓度的函数。以反应速率的对数值对该组分浓度的对数值lgc作图，应为一直线，直线的斜率即为对该物质的反应分级数。更换改变起始浓度的物质，就可以测定对应物质的反应分级数，这种方法称为孤立法。

碘在可见光区有一个很宽的吸收带，而在这个吸收带中酸和丙酮没有明显的吸收。所以，可采用分光光度法来测定反应过程中碘浓度随时间的变化关系，即反应速率。根据比尔（Beer）定律：

lgT=lgII0=-abc碘（3）

式中：T为透光率；I和I0分别为某一波长光线通过待测溶液和空白溶液后的光强；a为吸光系数；b为样品池光径长度。从（3）式可见，透光率的对数lgT是c碘的函数，而c碘又是反应时间t的函数，即

lgT=f[c碘（t）]（4）

那么，由（3）式可得：

dlgTdt=dlgTdc碘·dc碘dt=-abdc碘dt（5）

对（5）式取对数，得：

lgdlgTdt=lg-dc碘dt+lg（ab）（6）

将（2）式代入（6）式，得：

lg-dlgTdt=lgk+xlgc丙+ylgc酸+zlgc碘+lg（ab）（7）

在测定时，固定某两种物质的起始浓度不变，改变另一种物质的起始浓度。对每一个溶液都能得到一系列随时间变化的透光率值。以lgT对t作图，其斜率为dlgTdt。取负值后再取对数，即为该浓度下（7）式等式左边的值。对不同的起始浓度，以该对数值分别对lgc作图，所得直线的斜率即为反应分级数。

注意：本实验中所选择的丙酮和酸的浓度范围均为0.16～0.4mol·L-1，而碘的浓度均在0.001mol·L-1以下，反应过程中丙酮和酸的浓度可看成是不变的。而虽然反应中碘浓度在变化，但由于其反应分级数为0，即（7）式中的z为0，因此，不会对推求酸和丙酮的反应级数产生影响。

求出反应分级数后，测定已知浓度碘溶液的透光率，根据（3）式即可求出lg（ab），结合改变碘浓度的那一组数据代入（7）式，即可求算反应速率k。

三、仪器与试剂

1．　仪器

分光光度计，超级恒温槽，恒温摇床，秒表，5mL移液管，2mL移液管，25mL容量瓶，洗瓶，洗耳球。

2．　试剂

2.00mol·L-1盐酸溶液，2.00mol·L-1丙酮溶液，0.0200mol·L-1碘溶液。

四、实验步骤