2实验二 化学反应速率与活化能

实验 化学反应速率与活化能的测定

一、实验目的

1．了解浓度、温度和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发生如下反应：

S 2O -28+ 3I -===2SO -24 +I -

3（aq ）

（1）

这个 反应的平均反应速率为：

）为反应的总级数的反应级数，（，反应物，该反应的速率系数；

的起始浓度；

的浓度变化时间内反应的平均速率；

式中：

βαβαννβα+---∆-∆--⋅=∆∆-=---------

--

--I o s k I o s I c o s c o s t c I c o s kc t

o s c 282282282282282282282 ,)(),( )o s ( )

()()(

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

2

O 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

20

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(((23223223223

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、实验用品

仪器：恒温水浴1台，烧杯（50mL ）5个、量筒（10mL 4个，5mL2个）、秒表、温度计，玻璃棒或电磁搅拌器。

液体药品：(NH 4)2S 2O 8(0.20mol/L)、KI(0.20mol/L)、Na 2S 2O 3(0.050mol/L)、KNO 3(0.20mol/L)、(NH 4)2SO 4(0.20mol/L)、Cu(NO 3)2(0.02mol/L)、淀粉溶液(0.2%) 材料：坐标纸

四、实验内容

1．浓度对化学反应速率的影响，求反应级数、速率系数

按下表各溶液用量进行实验。

注意：①KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4可使用同一个量筒量取，(NH 4)2S 2O 8必须单独使用一个量筒；②KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4混合均匀后， 将(NH 4)2S 2O 8溶液迅速倒入上述混合液中，同时启动秒表，并且搅拌；③溶液刚出现蓝色立即按停秒表。

问题：反应液中为什么加入KNO 3、(NH 4)2SO 4？

答：实验中(NH 4)2S 2O 8、KI 溶液不足量，分别用(NH 4)2SO 4、KNO 3补足，目的是使反应液中的离子强度不变。

问题：取(NH 4)2S 2O 8试剂量筒没有专用，对实验有何影响？

答：(NH 4)2S 2O 8会与KI 提前反应，会与Na 2S 2O 3发生副反应，无法保证各自的初始浓度。

问题：(NH 4)2S 2O 8缓慢加入KI 等混合溶液中，对实验有何影响？ 答：不能保证(NH 4)2S 2O 8的初始浓度，测得的反应速率减慢。 2．温度对化学反应速率的影响

按上表实验Ⅳ的药品用量，分别做低于室温10℃、高于室温10℃。其它操作

注意：①实验低于或高于室温对反应速率的影响时，KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4混合液和(NH 4)2S 2O 8溶液要分别冷却或加热；②温度计必须分开，不能搞混；③反应时也要保持混合前的温度。 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KI 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。

五、数据处理

1．反应级数和反应速率常数的计算

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 。