实验7 化学反应速率与活化能

实验7 化学反应速率与活化能

一、实验目的

1.了解实验原理，测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，计算反应级数、反应速率常数及反应的活化能；

2.掌握浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响； 3.学习实验数据的处理方法。 二、实验原理

在水溶液中，(NH4)2S2O8和KI发生以下反应：

S2O82????????→??SO42????3????????????????????????????????????????

这个反应的平均反应速率可用下式表示:

2??c(S2O8)2?v??kca(S2O8)cb(I?)

?t式中Δc(S2O82?)为Δt时间内S2O82?浓度的变化,a、b为反应级数，k为反应速率常数。为了测定(NH4)2S2O（过二硫酸铵）和KI反应的速率，也就是测定一定时间间隔Δt内S2O82?8

浓度的变化Δc(S2O82?)，可以利用 “记时反应”来实现。在将(NH4)2S2O8溶液和KI溶液混合时，同时加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉溶液。当S2O82?离子与I?离子反应产生I3?离子时，它立即与S2O32?反应：

2S2O32?????3??→??S4O62?????????????????????????????????????????????

反应（2）比反应（1）速率快得多，所以反应（1）生成的I3?与S2O32?的作用瞬时完成，生成无色的S4O62?和I?。当S2O32?用尽，生成的微量I3?与淀粉作用，使溶液呈蓝色。显然，通过反应???? 将S2O32?消耗完毕的时间实际上是反应（?）产生足量I3?的时间，所以反应????可以被看作是一个反应（1）的“记时反应”。这样，从反应开始到溶液出现蓝色的时间Δt，就是反应中S2O82?浓度的改变量为S2O32?浓度变化的一半所需时间，即反应进行到时间Δt时，

Δc(S2O82?) = Δc(S2O32?)/2

由于在Δt时间内S2O32?全部反应，由它的起始浓度可求出Δc(S2O32?)，进一步可计算出Δc(S2O82?)和ν 。

对S2O82?与I?反应的速率方程两边取对数得：

lgν = algc(S2O82?) + blgc(??) + lgk

实验中，当c(??)保持不变，改变 c(S2O32?)，以lgν对lgc(S2O82?)作图，可得一直线，斜率为a，当保持c(S2O82?)不变，改变c(??)，以lgν对lgc(??)作图，可求出b。进一步，a和b为已知，可求得反应速率常数k。再根据阿伦尼乌斯公式，通过作图法可以求出活化能Ea。 三、实验用品

电磁加热搅拌器、量筒、烧杯、秒表、温度计 KI (0.20 mol·L?1)、Na2S2O3 (0.010 mol·L?1)、0.5％淀粉溶液、(NH4)2S2O8 (0.20 mol·L?1)、KNO3 (0.20 mol·L?1)、(NH4)2SO4 (0.20 mol·L?1)、Cu(NO3)2 (0.20 mol·L?1) 四、实验内容

(1) 实验浓度对化学反应速率的影响

在室温下，取3个量筒分别量取20 mL 0.20 mol·L?1 KI溶液、8.0 mL 0.010 mol·L?1

Na2S2O3溶液和 4.0 mL 0.2％淀粉溶液，均加到一150 mL烧杯中，开动搅拌器使溶液混合均匀。再用另一个量筒取 20 mL 0.20 mol·L?1 (NH4)2S2O8溶液，在搅拌下快速加到烧杯中，同时开动秒表。当溶液刚出现蓝色时，立即停止秒表，记下时间及室温。用同样的方法按照表7?1中的用量进行另外8次实验。在系列实验中，为了使每次实验溶液的离子强度和总体

积保持不变，用0.20 mol·L?1 KNO3溶液取代部分KI溶液，用0.20 mol·L?1 (NH4)2SO4溶液取代部分(NH4)2S2O8溶液，以补足对应反应物的减少量。

用表7?1中实验1~5的数据作图求出 a，用实验1和6~9的数据作图求出b，然后再计算出反应速率常数k。

表 7?1 浓度对反应速率的影响 实验序号 0.20 mol·L?1 (NH4)2S2O8 0.20 mol· L?1 KI 试剂的用量/mL 0.010 mol·L?1 Na2S2O3 0.5％淀粉溶液 0.20 mol·L?1 KNO3 0.20 mol·L?1 (NH4)2SO4 (NH4)2S2O8 起始浓度/mol·L?1 KI Na2S2O3 反应时间Δt/s S2O82?的浓度变化Δc(S2O82?) mol·L?1 平均反应速率ν = Δc(S2O82?)/Δt mol·L?1·s?1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 反应温度（℃）：

20.0 16.0 12.0 8.0 4.0 20.0 20.0 20.0 20.0 4.0 8.0 2.0 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 16.0 12.0 8.0 8.0 2.0 0 0 8.0 2.0 0 4.0 8.0 2.0 0 8.0 8.0 2.0 0 8.0 2.0 0 8.0 2.0 4.0 8.0 2.0 8.0 0 8.0 2.0 12.0 16.0 0 0 12.0 16.0 0 lgν lgc(S2O82?) lgc(??) a b 反应速率常数k mol?1·L·s?1 2 k平均 mol?1·L·s?1 2

(2) 温度对化学反应速率的影响

按表7?1实验Ⅳ中的用量，把 KI，Na2S2O3，KNO3和淀粉的混合溶液加到150 mL烧杯中，把(NH4)2S2O8溶液加到另一个烧杯中，并将两个烧杯放入冰水浴中冷却。等烧杯中的溶液都冷到0 oC时，开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速把(NH4)2S2O8溶液加到KI混合溶液中，同时开动秒表，当溶液刚出现蓝色时，记下反应时间。

在与室温间隔大约5、10、15、20 oC的条件下，重复上述实验。将结果填于表7?2中。用表7?2的数据，以lgk对1/T作图，求出反应（1）的活化能。

表 7?2温度对反应速率的影响 实验序号 反应温度（°C） 反应时间（s） 平均反应速率ν （mol·L?1·s?1） 反应速率常数k（mol?1·L·s?1） lgk 1/T（K?1） 反应活化能Ea（kJ·mol?1） 21 10 11 12 13 (3) 催化剂对反应速率的影响

在 150 mL烧杯中加入10 mL 0.20 mol·L?1 KI溶液，4.0 mL淀粉溶液，8.0 mL 0.010 mol·L?1 Na2S2O3 溶液和 10 mL 0.20 mol·L?1 KNO3 溶液，再加入 1 滴0.02 mol·L?1 Cu(NO3)2溶液。开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速加入20 mL 0.20 mol·L?1 (NH4)2S2O8溶液，同时开动秒表，记录反应时间。将实验结果与前面不加催化剂的实验进行比较。

五、思考题

1. 通过上述实验总结温度、浓度、催化剂对反应速率的影响。 2. 上述反应中，溶液出现蓝色是否反应终止？

3. 实验中为何要后加(NH4)2S2O8溶液？为何还要快速加入？ 4. 实验为什么要选择作图方法处理实验数据？

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/i2vp.html