碘钟反应实验报告

碘钟反应

2012301040010 杨平

一、实验目的

1．掌握“碘钟”反应的原理。学会运用“碘钟”反应设计动力学实验的方法。 2．测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数．反应级数和反应活化能.

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：

22284332S O I SO I ---

-+=+ (1)

为了能够测定一定时间（Δt ）内S 2O 82- 浓度的变化量，在混合过二硫酸铵、碘化钾溶

液的同时加入一定体积已知浓度并含有淀粉（指示剂）的Na 2S 2O 3 溶液，在式（1）进行的同时，有下列反应进行：

222334623S O I S O I ----+=+ (2)

反应（2）进行得非常快，而反应（1）却缓慢得多，故反应（1）生成的I 3 -立即与S 2O 32- 作用生成无色的S 4O 62- 和I − ，因此反应开始一段时间内溶液无颜色变化，但当Na 2S 2O 3耗尽，反应（1）生成的微量碘很快与淀粉作用，而使溶液呈现特征性的蓝色。由于此时（即Δt ） S 2O 32- 全部耗尽，所以S 2O 82- 的浓度变化相当于全部用于消耗Na 2S 2O 3。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可作为反应初速的计量。由于这一反应能显示自身反应进程，故称为“碘钟”反应。

1、反应级数和速率常数的确定

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)

在测定反应级数的方法中，反应初速法能避免反应产物的干扰求的反应物的真实级数。 如果选择一系列初始条件，测得对应于析出碘量为Δ[I 2]的蓝色出现的时间Δt ，则反应的初始速率为：

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ln 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 。

2、反应活化能的确定 根据Arrhenius 公式

六．数据处理与分析

1 ln

t∆与ln2

28

[]

S O-的关系见表3。

表3

1

ln与2

28

[]

S O-的关系数据表

根据表3的数据作图，见图1。

图1

1

ln

t∆

与ln2

28

[]

S O-关系图

由图1可知m=1.009

1 ln

t∆与[]

I-的关系见表4。

表4

1

ln与[]

I-的关系数据表

根据表4的数据作图2。

图2.1ln

t

∆与[]I -

的关系图 由图2知n=1.021

5.2反应速率常数的测定

我们根据(6)式可知，知道m ，n ，这样就可以计算出反应速率常数k 的值了。

表5 反应速率常数k 的测定（21.0℃条件下）

同理可以计算25℃和31℃时反应速率常数k 。

表6 25℃和31℃时反应速率常数k

5.3反应活化能的测定

计算得1与k的关系如表7所示：

作lnk和1/T的关系图

图3 lnk和1/T的关系图

由（8）式可知Ea=8.314*4273=35.53 KJ/mol

5.4 反应结果的表达：

a）.反应级数：测得[S2O82-]的反应级数m=1.009，[I-]的反应级数n=1.021，总的反应级数m+n=2.030

b）.反应速率常数：在21ºC条件下，该反应的速率常数为0.0212L/(mol•s);

在25ºC条件下，该反应的速率常数为0.0247L/(mol•s);

在31ºC条件下，该反应的速率常数为0.0338L/(mol•s)。

c）.反应活化能：Ea=35.53KJ/mol