化学反应速度、反应级数和活化能的测定

化学反应速度、反应级数和活化能的测定

一、实验目的

（1）了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响。

（2）测定过二硫酸铵与碘化钾反应的平均反应速度、反应级数和活化能。

二、预习与思考

（1）预习化学反应速度理论以及浓度、温度和催化剂对反应速度的影响等有关内容。

（2）思考下列问题：

①在向KI 、淀粉和Na 2S 2O 3混合溶液中加入(NH 4)2S 2O 8时，为什么必须越快越好？ ②在加入(NH 4)2S 2O 8 时，先计时后搅拌或者先搅拌后计时，对实验结果有什么影响？

三、基本原理

在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应，即

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

反应的离子议程式为

--+I O S 3282====--

+3242I SO （1）

该反应的平均反应速度与反应物物质的量的浓度的关系可用下式表示

n m I c O S kc t

O S c )()()

(282282---•≈∆∆-=υ

式中，)(282-∆O S c 为-282O S 在t ∆时间内物质的量浓度的改变值；)(282-O S c 、n I c )(-分别为两种离子初始物质的量浓度（mol·L -1）；k 为反应速度常数；m 和n 为反应级数。

为了能够测定)(282-∆O S c ，在混合(NH 4)2S 2O 8和KI 溶液时，同时加入一定体积的已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和作为指示剂的淀粉溶液，这样在反应（1）进行的同时，也进行如下的反应

--+32322I O S ====--+I O S 3262 （2）

反应（2）进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应（1）却慢得多，所以由反应（1）生成的-3I 立即

与-232O S 作用生成无色的-262O S 和-I 。因此，在反应开始阶段，看不到碘与淀粉作用而产生的特

有的蓝色，但是一旦Na 2S 2O 3耗尽，反应（1）继续生成的微量的-3I 立即使淀粉溶液显示蓝色。所以蓝色的出现就标志着反应（2）的完成。

从反应议程式（1）、（2）的计量关系可以看出，-

282O S 物质的量浓度减少的量等于-

232O S 物质的量浓度减少量的一半，即

2

)

()(23228

2--∆=∆O S c O S c

由于-232O S 在溶液显示蓝色时已全部耗尽，所以)(232-∆O S c 实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3

的初始物质的量浓度。因此只要记下从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间，就可以求算反应（1）

的平均反应速度t

O S c ∆∆--)(282。

在固定)(232-∆O S c ，改变)(282-O S c 和)(-I c 的条件下进行一系列实验，测得不同条件下的反

应速度，就能根据n m I c O S kc )()(282--•=υ的关系推出反应的反应级数。 再由下式可进一步求出反应常数k 为

n

m I c O S c k )()(282--=

υ

根据阿仑尼乌斯公式，反应速度常数k 与反应温度T 有如下关系

A RT

E k a

lg 303.2lg +-=

式中，a E 为反应的活化能；R 为气体常数；T 为绝对温度。因此，只要测得不同温度时的k 值，以lg k 对1/T 作图可得一直线，由直线的斜率可求得反应的活化能a E ，即

R

E a

303.2-=

斜率

四、仪器和药品

冰箱、秒表、温度计（273～373K ）。

KI （0.20mol·L -1），(NH 4)2S 2O 8（0.20mol·L -1），Na 2S 2O 3（0.010mol·L -1），KNO 3（0.20mol·L -1）， (NH 4)2SO 4 (0.20mol·L -1)，Cu(NO 3)2（0.020mol·L -1），淀粉(质量分数为0.2%)，冰。

五、实验步骤

1、浓度对反应速度的影响

室温下按表2.2.2中编号1的用量分别量取KI 、淀粉、Na 2S 2O 3溶液于150烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀。再量取(NH 4)2S 2O 8溶液，迅速加到烧杯中，同时按动秒表，立即用玻璃棒将溶液搅拌均匀。观察溶液，刚一出现蓝色，立即停止计时。记录反应时间。

表 2.2.2

用同样方法对编号2～5进行实验。为了使溶液的离子强度和总体积保持不变，在实验编号2～

5中所减少的KI或(NH4)2S2O8的量分别用KNO3和(NH4)2SO4溶液补充。

2、温度对反应速度的影响

按表中实验编号4的用量分别加KI、淀粉、Na2S2O3和KNO3溶液于150mL烧杯中，搅拌均匀。在一个大试管中加入(NH4)2S2O8溶液，将烧杯和试管中的溶液温度控制在283K左右，把试管中的(NH4)2S2O8迅速倒入烧杯中，搅拌，记录反应时间和温度。

3、催化剂对反应速度的影响

按表中实验4的用量分别加KI、淀粉、Na2S2O3和KNO3溶液于150mL烧杯中，再加入2滴Cu(NO3)2溶液，搅拌均匀，迅速加入(NH4)2S2O8溶液，搅拌，记录反应时间。

六、数据记录

1、浓度对反应速度的影响

将相关数据记录于表2.2.3中。

2、温度对反应速度的影响

将相关数据记录于2.2.4中。

表 2.2.4

3、催化剂对反应速度的影响

以lg k对1 / T作图可得一直线，由直线的斜率可以求出反应的活化能a E。

根据实验结果讨论浓度、温度、催化剂对反应速度及速度常数的影响。