碘钟实验实验报告

碘钟反应实验报告

班级：化基二班 姓名：刘威 指导老师：邓立志 实验日期：2013年11月20日 星期二

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、反应级数级反应活化能

2、掌握碘钟反应过程及其原理

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：

22284332S O I SO I ---

-+=+ (1)

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、实验步骤

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，并放入恒温水浴锅中恒温10分钟，设置恒温温度为26℃，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19和33℃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。

五、实验数据记录

1、反应级数和速率常数测定的数据记录（T=26℃）

2、不同温度下反应1时间记录

六、数据处理

1、反应级数和速率常数的计算 （1） (S 2O2-8)反应级数的测定

Ln1/△t 与ln (S 2O 2-8)关系数据表

由Origin 做出Ln1/△t 与ln (S 2O2-8)关系图得：

ln(1/t)

l n c (S 2O 2-8

)

由上图可知：线性拟合的结果很好，斜率k=1.065,由对比关系可得m=1.065，即(S 2O 2-8)的反应级数为1.065

（2）I -

反应级数的测定

由Origin 做出Ln1/△t 与ln （I -

）关系图得：

l n c (S 2O 2-8

)ln(1/t)

由上图可知：斜率k=0.9602,由对比关系可得：m=0.9602,即（I -

）的反应级数为0.9602.

（3）反应数率常数的测定 根据公式：

2223282[]

[][]m n

S O k S O I t ---∆=∆

将m 、n 的值代入，即可算出k 的值。

实验数据处理见下表

由五组算得的k值求平均值，得到26摄氏度下的平均反应速率为0.02330mol/(L*s) （4）反应活化能的测定

lnk对1/T的数据关系见下表：

Lnk对1/T由Origin作图得

l n k

1/T/s -1

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Ea/R=6494,则Ea=6494*8.314=53.99KJ/mol.

七、实验结果讨论

1、误差分析：（1）计时开始的时间对反应的影响，本次试验在A 与B 液混合至一半时开始记录时间，而“混合到一半”很难在每次试验中都较好地把握，所以由此会带来每次试验的计时误差。（2）反应终点的判断，反应终点是溶液变蓝，但由于各反应物浓度的变化，变蓝的程度不一样，甚至在33摄氏度时溶液会很迅速地变成黄色（可能是淀粉指示剂在高温下发生了糊化），终点的延迟或提前判断会对计时时间造成影响。（3）每次搅拌的剧烈程度、恒温水浴锅的温度变化等也都会造成一定的实验误差。但从以上分析可知，影响结果的最重要因素为计时误差。

2、实验改进：针对反应计时产生的误差，建议可以改用酸碱滴定管滴加A 或B 混合液，这样可以很好地控制加入速率，就能做到每次混合时开始计时时间均相同。