化学反应速率与活化能的测定实验报告

化学反应速率与活化能的测定

（实验报告及数据处理）

实验目的

1． 了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。

2． 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的速率、反应级数、速率系数和反应的活化能。

实验原理

（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：

S 2O 82-(aq)+ 3I -(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I 3-(aq) （1）

这个反应的平均反应速率为

v = - 228(S O )

c t

- = 228(S O )(I )kc c αβ--

式中：v ── 反应的平均反应速率；

228(S O )c - ── t 时间内228S O -的浓度变化；

228(S O )c -，(I )c - ── 228S O -，I -的起始浓度；

k ── 该反应的速率系数；

,αβ ──反应物228S O -，I -的反应级数，()αβ+为该反应的总级数。

为了测出在一定时间（t ）内S 2O 82-的浓度变化，在混合(NH 4)2S 2O 8和KI 溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生：

2S 2O 32- (aq) + I 3－(aq) ══ S 4O 62-(aq) + 3I -(aq) （2）

由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I 3－会立即与S 2O 32-反应生成无色的S 4O 62-和I -

。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na 2S 2O 3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I 3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。

由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S 2O 82- 就要消耗2 mol 的S 2O 32-，即

c （S 2O 8

2-

）=

1

2

c （S 2O 3

2-

）

由于在t 时间内，S 2O 3

2-

已全部耗尽，所以

c （S 2O 3

2-

）实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3

的浓度，即

－

c （S 2O 3

2-

）=

0c （S 2O 3

2-

）

这里的0c （S 2O 32-）为Na 2S 2O 3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na 2S 2O 3的起始浓度都相同，因而c （S 2O 3

2-

）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要

的时间（

t ）

，就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率： v =228()

c S O t

-

-

=()2232c S O t

--=

()02232c S O t

-

按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得反应的总级数（α+β），再由()()

228

v

k c

S O c I α

β-

-

=

求出反应的速率系数k 。

由Arrhenius 方程得

{}lg 2.303a

E k A RT

=-

式中：a E ── 反应的活化能；

R ── 摩尔气体常数，R = 8.314 J ·mol

-1

·K -1 ;

T ── 热力学温度

求出不同温度时的k 值后，以{}lg k 对1T 作图，可得一直线，由直线的斜率 2.303a E R ⎛

⎫- ⎪⎝⎭

可求得反应的活化能a E 。

Cu 2+可以加快(NH 4)2S 2O 8与KI 反应的速率，Cu 2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。

仪器、药品及材料

仪器：恒温水浴一台，烧杯（50ml ）5个（标上1、2、3、4、5），量筒[10ml4个，分别贴上0.2mol ·L -1(NH 4)2S 2O 8，0.2mol ·L -1KI ，0.2mol ·L -1KNO 3，0.2mol ·L -1(NH 4)2SO 4；5ml 2个，分别贴上0.05 mol ·L -1Na 2S 2O 3，0.2％淀粉]，秒表1块，玻璃棒或电磁搅拌器。

药品：(NH 4)2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH 4)2SO 4（0.2mol ·L -1）,淀粉溶液（0.2％），Cu(NO 3)2（0.02mol ·L -1）。

实验步骤

1. 浓度对反应速率的影响，求反应级数、速率系数

在室温下，按表1所列各反应物用量，用量筒准确量取各各试剂，除0.2mol ·L -1(NH 4)2S 2O 8溶液

外，其余各试剂均可按用量混合在各编号烧杯中，当加入0.2mol·L-1(NH

4)

2

S

2

O

8

溶液时，立即计

时，并把溶液混合均匀（用玻璃棒搅拌或把烧杯放在电磁搅拌器上搅拌），等溶液变蓝时停止计时，记下时间t和室温。

计算每次实验的反应速率v，并填入表1中。

表1 浓度对反应速率的影响室温：15℃

用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，