实验 化学反应速率与活化能

实验 化学反应速率与活化能

一、实验目的

1.了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。

2.测定过二硫酸铵与碘化钾反应的速率，并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。

二、实验原理：

在水溶液中过二硫酸铵与碘化钾反应为：

(NH 4)2S 2O 8 + 3KI === (NH 4)2SO 4 + K 2SO 4 + KI 3

其离子反应为： S 2O 82- + 3I - === SO 42- + I 3- （1）

反应速率方程为： n

I m

O

S

c kc r --⋅=28

2

式中r 是瞬时速率。若-28

2O S

c 、-

I c 是起始浓度，则r 表示初速率(v 0)。在实验中只能测定出在一段

时间内反应的平均速率。

t

c r O S

∆∆-=

-28

2

在此实验中近似地用平均速率代替初速率：

t

c c kc r O S

n

I m

O S

∆∆-==-

--28

228

2

为了能测出反应在△t 时间内S 2O 82-浓度的改变量，需要在混合(NH 4)2S 2O 8 和KI 溶液的同时，加入一定体积已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉溶液，这样在（1）进行的同时还进行着另一反应：

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

此反应几乎是瞬间完成，（1）反应比（2）反应慢得多。因此，反应（1）生成的I 3-立即与S 2O 32-反应，生成无色S 4O 62-和I -，而观察不到碘与淀粉呈现的特征蓝色。当S 2O 32-消耗尽，（2）反应不进行，（1）反应还在进行，则生成的I 3-遇淀粉呈蓝色。

从反应开始到溶液出现蓝色这一段时间△t 里，S 2O 32-

浓度的改变值为：

）

O S

）

O S

）

O S

O S

c c c c 始始终(((23

223

223

223

2][----

=--=∆

再从（1）和（2）反应对比，则得：

2

(23

228

2）

O S

O S

c c 始--=∆

通过改变S 2O 82- 和I -的初始浓度，测定消耗等量的S 2O 82- 的物质的量浓度-

∆28

2O S

c 所需的不同时间

间隔，即计算出反应物不同初始浓度的初速率，确定出速率方程和反应速率常数。

三、实验步骤

1．浓度对化学反应速率的影响

在室温条件下进行编号Ⅰ的实验。用量筒分别量取20.0ml 0.20mol/L KI 溶液，8.0m l0.010mol/LNa2S2O3溶液和2.0ml 0.20mol/L0.4%淀粉溶液，全部注入烧杯中，混合均匀。

然后用另一量筒取20.0ml 0.2mol/L(NH4)2S2O8溶液，迅速倒入上述混合溶液中，同时开动秒表，并不断搅拌，仔细观察。

当溶液刚出现兰色时，立即按停秒表，记录反应时间和室温。

按下表各溶液用量进行实验。

2．温度对化学反应速率的影响

按上表实验Ⅳ中的药品用量，将装有KI ，Na2S2O3，KNO3和淀粉混合溶液的烧杯和装有(NH4)2S2O8溶液的小烧杯，放在冰水浴中冷却，待温度低于室温10℃时，将两种溶液迅速混合，同时计时并不断搅拌，出现兰色时记录反应时间。

用同样方法在热水浴中进行高于室温10℃时的实验。

3．催化剂对化学反应速率的影响

按实验Ⅳ药品用量进行实验，在(NH 4)2S 2O 8溶液加入K I 混合液之前，先在KI 混合液中加入2滴Cu(NO 3)2(0.02mol/L)溶液，搅匀，其它操作同实验1。

四．思考题

思考题1：反应液中为什么加入KNO 3、(NH 4)2SO 4？

思考题2：取(NH 4)2S 2O 8试剂量筒没有专用，对实验有何影响？

思考题3：(NH 4)2S 2O 8缓慢加入KI 等混合溶液中，对实验有何影响？

思考题4：催化剂Cu(NO 3)2为何能够加快该化学反应的速率？

补充：

1、如何根据所得实验数据计算反应级数和反应速率常数？

n

I m

O S

c kc r --

⋅=28

2

两边取对数： k c n c m r I O S

lg lg lg lg 28

2++=--

当-

I c 不变（实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）时，以v lg 对-28

2lg O S

c 作图，得直线，斜率为m 。同理，当-28

2O S

c 不

变（实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ）时，以r lg 对-

I c lg 作图，得n ，此反应级数为m+n 。利用实验1一组实验数据

即可求出反应速率常数k 。

2、如何根据实验数据计算反应活化能？

RT

E A k a 30.2lg -

=

测出不同温度下的k 值，以k lg 对T

1作图，得直线，斜率为R

E a 30.2-

，可求出反应的活化能E a 。