试验九化学反应速率和活化能的测定

实验七化学反应速率与活化能的测定一、实验目的1．了解浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响；2．测定(NH4)2S2O8与KI反应的速率、反应级数、速率和反应的活化能。3．练习作图法处理实验数据。学会秒表的使用技术。秒表的使用技术二、实验原理在水溶液中过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应：S2O28+3I===2SO24+I3（aq）（1）这个反应的平均反应速率为：）为反应的总级数的反应级数，（，反应物，该反应的速率系数；的起始浓度；的浓度变化时间内反应的平均速率；式中：IoskIosIcoscostcIcoskctosc282282282282282282282,)(),()os()()()(反应速率方程为：nImOSckcr282式中r是瞬时速率。若282OSc、Ic是起始浓度，则r表示初速率(v0)。在实验中只能测定出在一段时间内反应的平均速率。tcrOS282在此实验中近似地用平均速率代替初速率：tcckcrOSnImOS2822820为了能测出反应在△t时间内S2O82-浓度的改变量，需要在混合(NH4)2S2O8和KI溶液的同时，加入一定体积已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉溶液，这样在（1）进行的同时还进行着另一反应：2S2O32-+I3-===S4O62-+3I-（2）此反应几乎是瞬间完成，（1）反应比（2）反应慢得多。因此，反应（1）生成的I3-立即与S2O32-反应，生成无色S4O62-和I-，而观察不到碘与淀粉呈现的特征蓝色。当S2O32-消耗尽，（2）反应不进行，（1）反应还在进行，则生成的I3-遇淀粉呈蓝色。从反应开始到溶液出现蓝色这一段时间△t里，S2O32-浓度的改变值为：）OS）OS）OSOScccc始始终(((232232232232][再从（1）和（2）反应对比，则得：2(232282）OSOScc始通过改变S2O82-和I-的初始浓度，测定消耗等量的S2O82-的物质的量浓度282OSc所需的不同时间间隔，即计算出反应物不同初始浓度的初速率，确定出速率方程和反应速率常数。三、实验用品仪器：恒温水浴1台，烧杯（50mL）5个、量筒（10mL4个，5mL2个）、秒表、温度计，玻璃棒或电磁搅拌器。液体药品：(NH4)2S2O8(0.20mol/L)、KI(0.20mol/L)、Na2S2O3(0.050mol/L)、KNO3(0.20mol/L)、(NH4)2SO4(0.20mol/L)、Cu(NO3)2(0.02mol/L)、淀粉溶液(0.2%)材料：坐标纸四、实验内容1．浓度对化学反应速率的影响，求反应级数、速率系数按下表各溶液用量进行实验。室温℃实验编号ⅠⅡⅢⅣⅤ试剂用量mL0.20mol/L(NH4)2S2O810.05.02.5010.010.00.20mol/LKI10.010.010.05.02.500.010mol/LNa2S2O33.03.03.03.03.00.4%淀粉溶液1.01.01.01.01.00.20mol/LKNO30007.5015.00.20mol/L(NH4)2SO405.07.5000混合液中反应的起始始浓度mol/L(NH4)2S2O8KINa2S2O3反应时间△t/sS2O82-的浓度变化282OSc/mol/L反应速率r注意：①KI、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4可使用同一个量筒量取，(NH4)2S2O8必须单独使用一个量筒；②KI、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4混合均匀后，将(NH4)2S2O8溶液迅速倒入上述混合液中，同时启动秒表，并且搅拌；③溶液刚出现蓝色立即按停秒表。问题：反应液中为什么加入KNO3、(NH4)2SO4？答：实验中(NH4)2S2O8、KI溶液不足量，分别用(NH4)2SO4、KNO3补足，目的是使反应液中的离子强度不变。问题：取(NH4)2S2O8试剂量筒没有专用，对实验有何影响？答：(NH4)2S2O8会与KI提前反应，会与Na2S2O3发生副反应，无法保证各自的初始浓度。问题：(NH4)2S2O8缓慢加入KI等混合溶液中，对实验有何影响？答：不能保证(NH4)2S2O8的初始浓度，测得的反应速率减慢。2．温度对化学反应速率的影响按上表实验Ⅳ的药品用量，分别做低于室温10℃、高于室温10℃。其它操作步骤同实验1。实验编号ⅥⅣⅦ反应温度t/℃反应时间△t/s反应速率r注意：①实验低于或高于室温对反应速率的影响时，KI、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4混合液和(NH4)2S2O8溶液要分别冷却或加热；②温度计必须分开，不能搞混；③反应时也要保持混合前的温度。3．催化剂对化学反应速率的影响按实验Ⅳ药品用量进行实验，在(NH4)2S2O8溶液加入KI混合液之前，先在KI混合液中加入2滴Cu(NO3)2(0.02mol/L)溶液，搅匀，其它操作同实验1。五、数据处理1．反应级数和反应速率常数的计算nImOSckcr282两边取对数：kcncmrIOSlglglglg282当Ic不变（实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）时，以vlg对282lgOSc作图，得直线，斜率为m。同理，当282OSc不变（实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ）时，以rlg对Iclg作图，得n，此反应级数为m+n。利用实验1一组实验数据即可求出反应速率常数k。实验编号ⅠⅡⅢⅣⅤrlg282lgOScIclgMN反应速率常数k2．反应活化能的计算RTEAka30.2lg测出不同温度下的k值，以klg对T1作图，得直线，斜率为REa30.2，可求出反应的活化能Ea。实验编号ⅥⅦⅣ反应速率常数kklgT1反应活化能Ea六、实验指导1．秒表的使用2．过二硫酸铵溶液和碘化钾溶液加入的顺序及加入的速度；3．实验时的计时操作；4．实验后指导学生利用作图法求出反应级数，从而求出反应速率常数和活化能。