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[1]：

22284332S O I SO I ---

-+=+ (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3I -会优先和223S O -反应而被还原成I -：

222334623S O I S O I ----+=+ (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：

222828[][][]m n d S O k S O I dt

----= (3)

根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：

22833[][][]

d S O d I I dt dt 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

2323[]2[]

I S O t t

--∆∆=

∆∆ (5) 根据(3)(4)(5)可知，

2223282[]

[][]m n S O k S O I t

---∆=∆ (6) 移项，两边取对数可得

2282231ln

ln ln[]ln[]2[]

k m S O n I t S O ---=++∆∆ (7) 因而固定[]I -，以1

ln

t

∆对228[]S O -作图，根据直线的斜率即可求出m ；固定228[]S O -，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ln k 对1T 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 4228()NH S O 溶液； 0.20M KI 溶液；

0.01M 223Na S O 溶液； 4%淀粉溶液；

0.20M 3KNO 溶液； 0.20M 424()NH SO 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4228()NH S O 溶液、424()NH SO 溶液和淀粉溶液放入烧杯A 中混合均匀，KI 溶液、223Na S O 溶液和3KNO 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

1 2 3 4 5 0.20M 4228()NH S O 溶液/mL

10.0 5.0 2.5 10 10.0 0.20M KI 溶液/mL 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5 0.01M 223Na S O 溶液/mL 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.4%淀粉溶液/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.20M 3KNO 溶液/mL 0 0 0 5.0 7.5 0.20M 424()NH SO 溶液/mL 0

5.0

7.5

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 。 (S 2O2-8)反应级数的测定 Ln1/△t 与ln (S 2O 2-8)关系数据表

有计算机做出Ln1/△t与ln(S2O2-8)关系图得：

由图可知：Ln1/△t=1.0548ln(S2O2-8)-0.6377,其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为(S2O2-8)的反应级数。

（I-）反应级数的测定

-）关系数据表

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

2

23

28

2[]

[][]

m n S O

k S O I

t

-

--∆

=

∆

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。