碘钟实验报告

碘钟实验报告

篇一：碘钟反应的动力学和热力学参数的测定完整实验报告碘钟反应”的反应级数、速率常数和活化能的测定实验报告

化学学院材化班

一、实验目的

1、用初速法测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数和反应级数。

2、掌握碘钟反应过程及其原理。

二、简要实验原理

在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应：

S2O8?3I

2?

?

2??

?2SO4?I3 (1)

[1]

我们事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生的少量的I3?会优先和S2O32?反应而被还原成I?：

2S2O3?I3?S4O6?3I (2)

2?

?

?

这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后，(1)式生成的碘才会和淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。由上可知，控制在每个反应中硫代硫酸钠的物质的量均相同，这样从反应开始到出现蓝色的这段时间即可用来度量本反应的初速。

当反应温度和离子强度相同时，(1)式的反应速率方程可写为：

?

d[S2O8]

dt

2?

2?m?n

?k[S2O8][I] (3)

根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：

?

d[S2O8]

dt

2?

?

d[I3]dt

?

?[I3]?t

?

(4)

根据(2)式的反应计量关系结合硫代硫酸钠的等量假设，可知

?[I3]?t

?

?

2?[S2O3]

?t

2?

(5)

根据(3)(4)(5)可知，

2?[S2O3]

?t

2?

?k[S2O8][I] (6)

2?

m

?

n

移项，两边取对数可得

ln1?t

?ln

k2?[S2O

2?3

]

?mln[S2O8]?nln[I] (7)

2??

因而固定[I?]，以ln

1?t

对[S2O82?]作图，根据直线的斜率即可求出m；固定[S2O82?]，同理

可以求出n。然后根据求出的m和n，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数k。最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现蓝色所需的时间?t，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以lnk对作图，根据直线的斜率即可求出活化能。

三、主要的实验仪器及试剂

恒温水浴槽一套；

50mL烧杯两个；玻璃棒一支；

秒表一只；

0.20M(NH4)2S2O8溶液； 0.20MKI溶液；

0.01MNa2S2O3溶液； 4%淀粉溶液；

0.20MKNO3溶液； 0.20M(NH4)2SO4溶液。

四、实验内容

1、反应级数和速率常数的测定

按照表1所列数据将每组的(NH4)2S2O8溶液、(NH4)2SO4溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀，KI溶液、Na2S2O3溶液和KNO3溶液放入B烧杯中混合均匀。然后将两份溶液混合，当混合至一半时开始计时，并不断搅拌，当溶液出现蓝色时即停止计时。

表1 “碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表

序号

0.20M(NH4)2S2O8溶液/mL

0.20MKI溶液/mL 0.01MNa2S2O3溶液/mL 0.4%淀粉溶液/mL 0.20MKNO3溶液/mL 0.20M(NH4)2SO4溶液/mL 2、反应活化能的测定

按照表1中第1组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在10.0、30.0和40.0℃下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间?t并记录，要注意必须先将溶液在相应的水浴槽中恒温一段时间，待溶液温度与恒温槽温度相同后再将溶液进行混合。

五、实验数据的记录

六、实验数据的处理

1、反应级数和速率常数的计算

由5、1数据表格，我们可以依次求出反应级数及数率常数K。 (S2O2-8)反应级数的测定 Ln1/△t与ln(S2O8)关系数据表

2-

1 10.0 10.0 4.0 1.0 0 0

2 5.0 10.0 4.0 1.0 0 5.0

3 2.5 10.0 4.0 1.0 0 7.5

4 10 5.0 4.0 1.0 5.0 0

5 10.0 2.5 4.0 1.0 7.5 0

有计算机做出Ln1/△t与ln(S2O2-8)关系图得：由图可知：Ln1/△t=1.0548ln(S2O8)-0.6377,其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为

2-

(S2O8)的反应级数。（I）反应级数的测定

）关系数据表

--

2-

由计算机做出Ln1/△t与ln（I）关系图得：

由图可知：Ln1/△t=1.04122 ln（I）-0.6504.其中相关系数r=0.99827.对比公式可知n=1.04122,

-

这就是I2的反应级数。 2、反应数率常数的测定根据公式

2?[S2O3]

?t

2?

将m、n的值代入，即可算出k的值。

由上可知，此反应数率常数为k=0.0263462 3、反应活化能的测定

Lnk对1/T的数据关系见下表：

?k[S2O8][I]

2?m?n

Lnk对1/T由计算机作图得：

由阿伦尼乌斯公式两边取对数得：lnk=lnA-Ea/RT.

线性拟合的结果为lnk=12.471-4781.48/T, 则由此计算出的活化能为Ea=4781.48*8.314=39.752kJ/mol.

七、实验结果讨论 1、温度对实验的影响

显然，温度越高，反应速率越大。且观察发现，随着温度的升高，碘最终与淀粉的显色越深，可能是由于高温下淀粉糊化，支链结构发生改变，影响碘与淀粉的络合。 2、其他因素对实验的影响

反应计时起始时间，搅拌的程度，溶液体积的变化均会对实验结果产生影响。