实验一 催化剂在化学反应中的作用验证

实验一 催化剂在化学反应中的作用验证
1、 实验目的
（1） 通过实验了解温度、浓度和催化剂对化学反应速率的影响，加深对活化能的理解，
并练习反应速率常数的求算方法和根据实验数据作图求活化能的方法。

（2） 通过活化能的求算，加深对催化剂对于催化反应作用的认识，加深对催化剂通过降
低反应活化能加快反应速率概念的理解。

2、 实验原理
在实验中，过二硫酸氨与碘化钾发生如下反应：
3424248224)(3)(KI SO K SO NH KI O S NH ++=+
○
1 反应式○1的反应速率与反应物浓度的关系，可用下式来表示：
)()()(282282---⋅=∆∆-=I c O S kc t
O S c v n m
式中，v 为平均速率，△c （S 2O 82－
）为S 2O 82－
在△t 时间内物质的量浓度的改变值；c （S 2O 82－）、c （I －
）分别为两种离子的初始浓度；k 为反应的速率常数；m 与n 之和为反应级数。

为了能够测出在一定时间（△t ）内△c （S 2O 82－
），在混合(NH 4)2S 2O 8和KI 的同时，加入一定体积已知浓度并含有淀粉的Na 2S 2O 3溶液，这样在反应○1进行的同时，也进行着如下反应：
--
-
-
+=+I O S I O S 3226
4323
2
○
2 反应○2进行得非常快，几乎瞬间完成。

而反应○1生成的I 2立即与S 2O 32－
作用，生成无色的S 4O 62－
和I －。

在开始的一段时间内，看不到碘与淀粉作用而显蓝色。

但是，一旦Na 2S 2O 3耗尽，由反应○1继续生成的I 3－
离解生成的微量的碘就立即与淀粉反应而使溶液显出特有的
蓝色。

从反应式○1和○2的关系可以看出，c （S 2O 82－
）减少量总是等于c （S 2O 32－
）的减少
量的一半，即2
)()(23228
2--∆=∆O S O S c ，由于在△t 时间内S 2O 32－
全部耗尽，浓度最后为零，
所以△c （S 2O 32－
）的绝对值实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3的浓度。

在本实验中，每份混
合液中Na 2S 2O 3的起始浓度都是相同的，因而△c （S 2O 32－
）也都是相同的。

这样，只要记录下从反应开始到溶液显蓝色所需时间△t ，就可以求出反应速率，并从下式求出反应速率常数为：
)
()(2)(282232---⋅⋅∆=
I c O S c t O S c k
根据阿伦尼乌斯（Arrhenius ）公式，反应速率常数k 和温度有以下关系：
RT
E A k a
-
=ln ln 式中，E a 为活化能；R 为气体常数（8.314 J ﹒K －1
﹒mol －1
）；T 为热力学温度。

测得不同温度下时的k 值，以lnk 对1/T 作图，可得一直线，由直线斜率可求得反应的活化能。

3、 实验内容
3.1 实验仪器及试剂 150 mL 锥形瓶（5-10个），25 mL 刻细移液管（6只），25 mL 量筒（2-4只），0-100℃温度计（1只），恒温槽一套，秒表一个。

冰块，(NH 4)2S 2O 8，0.2 mol/L ；KI ，0.2 mol/L ；Na 2S 2O 3，0.01 mol/L ；0.4% 淀粉溶液；KNO 3，0.2 mol/L ；(NH 4)2SO 4，0.2 mol/L ；Cu(NO 3)2，0.02 mol/L 。

3.2 浓度对化学反应速率的影响
在室温下，取20 mL 0.2 mol/L KI 、4.0 mL 0.01 mol/L Na 2S 2O 3溶液和2 mL 0.4%淀粉溶液，加入250 mL 锥形瓶中混匀，然后用量筒取30.0 mL 0.2 mol/L (NH 4)2S 2O 8迅速加入锥形瓶中，立即按动秒表，不断搅拌，在溶液刚出现蓝色时，准确计时，将反应时间填入表1。

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用同样方法按照表1用量进行编号2、3、4、5的实验。

3.2温度对反应速率的影响
按照表1实验4中的药品用量，在一只锥形瓶中，加入10.0 mL 0.2 mol/L KI、2.0 mL 0.4%淀粉、4.0 mL 0.01 mol/L Na2S2O3和10 mL 0.2 mol/L KNO3溶液，在另一只锥形瓶中加入30.0 mL 0.2 mol/L (NH4)2S2O8溶液，同时放入同一冰水浴中，待两只锥形瓶中的溶液冷却到一定温度时，将30.0 mL 0.2 mol/L (NH4)2S2O8溶液迅速倒入另一只锥形瓶中，用玻璃棒搅拌，立即计时直至溶液出现蓝色，并记录反应温度。

根据实验结果，用坐标纸，用各次实验的lnk对1/T作图。

并求反应活化能E a(noncat)。

3.3 催化剂对反应速率的影响
室温下，按照表1实验4中的药品用量，在一只锥形瓶中，加入10.0 mL 0.2 mol/L KI、2.0 mL 0.4%淀粉、8.0 mL 0.01 mol/L Na2S2O3和10 mL 0.2 mol/L KNO3溶液，再加入2滴0.02 mol/L Cu(NO3)2溶液，混合均匀，然后取20 mL 0.2 mol/L (NH4)2S2O8溶液迅速倒入上述混合液中，立即按动秒表，并不断搅拌。

在溶液刚出现蓝色时，准确计时。

其余温度条件下的操作过程同3.2。

表3 催化剂对反应速率的影响
a(cat)
比较E a(cat)和E a(noncat)。

室温下，改变催化剂用量，其余条件不变，记录反应时间。

将结果填入表4。

.
附注：
1、本实验对试剂有一定的要求。

碘化钾溶液应为无色透明溶液，不宜使用有碘析出的
浅黄色溶液。

过二硫酸铵溶液要新配制的，因为时间长了过二硫酸铵易分解。

如所配制过二硫酸铵溶液的pH小于3，说明该试剂已有分解，不适合本实验使用。

所用试剂中如混有少量的Cu2+，Fe3+等杂质，对反应会有催化作用，必要时需滴入几滴0.10 mol/L EDTA溶液。

2、在做温度对化学反应速率影响的实验时，可根据室温具体情况选取合适范围和间隔
的温度点（如0-50℃范围选取15,25,35,45℃）
注意：
1、锥形瓶、量筒、移液管等不能混用，最好贴上标签
2、混合反应溶液和计时均需迅速
思考题：
1、下列操作对实验有何影响？
（1）取用试剂的量筒（移液管）没有分开专用；
（2）先加(NH4)2S2O8溶液，最后加KI溶液；
（3）(NH4)2S2O8溶液慢慢加入KI等混合溶液中。

2、为什么在实验2、
3、
4、5中，分别加入KNO3或(NH4)2SO4溶液？
3、每次实验的计时操作要注意什么？
4、若不用S2O82－，而用I－或I3－的浓度变化来表示反应速率，则反应速率常数k是否一样？。