化学反应速率与活化能的测定

化学反应速率与活化能的测定基础化学实验I（无机化学与化学分析实验）化学国家级实验教学示范中心NorthwestUniversity1、浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响----首次训练2、利用作图法处理实验数据----首次训练3、恒温水浴锅的使用----首次训练4、量筒、温度计和秒表的使用----巩固练习实验技能训练要点一、实验目的二、实验原理三、仪器和药品四、实验内容五、思考题实验目的1、进一步掌握浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。2、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，并计算反应级数、反应速率常数和表观活化能。3、学会使用作图法处理实验数据。浓度温度催化剂实验原理在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应：S2O82－＋3I－＝2SO42－＋I3－该反应的反应速率可近似为：v——Δt时间内反应的平均速率-Δ(S2O82－)——Δt时间内S2O82－离子减少的浓度[S2O82－]和[I－]——S2O82－和I－离子的起始浓度m和n——决定反应的级数（此反应中均为1）K——为反应速度常数（1）222828[SO][SO][I]mnvkt为了测定在一定时间间隔Δt内S2O82－离子浓度的改变值,可以加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和作为指示剂的淀粉溶液。这样，还会进行反应：2S2O32－＋I3－＝S4O62－＋3I－（2）该反应进行得很剧烈，几乎可以瞬间完成。故反应（1）生成的碘将立即与S2O32－离子作用，生成无色的S4O62－和I－离子。因此在反应初始阶段，看不到碘与淀粉作用而显示出的特征蓝色，但是一旦Na2S2O3耗尽，反应（1）生成的碘就立即与淀粉作用，使溶液显现蓝色；因此，蓝色的出现即标志反应（2）完成，也就是Na2S2O3全部耗尽。比较反应式（1）和（2），S2O82－离子浓度减少量恰为S2O32－离子浓度减少量的一半，即S2O82－＋3I－＝2SO42－＋I3－(1)2S2O32－＋I3－＝S4O62－＋3I－(2)而从反应开始到蓝色出现这段时间Δt内，S2O32－离子浓度的改变量Δ(S2O32－)实际上就是Na2S2O3的起始浓度。在本实验中，每份混合溶液只改变(NH4)2S2O8和KI的浓度，而Na2S2O3的起始浓度是相同的，因此到蓝色出现时已耗去的S2O82－或S2O32－(即Δ(S2O3))也都是相同的。这样只要记下从反应开始到蓝色出现所需要的时间(Δt)，即可求算出在各种不同反应物浓度下的反应速度v，进而求算出反应级数m和n以及反应速度常数k。222828[SO][SO][I]mnvkt228228[SO]2[SO][I]mnktCRTEk303.2lgRE303.2斜率根据阿仑尼乌斯公式可知，以不同温度的lgk对1/T作图，所得直线的斜率为：因此，由斜率可求得反应的活化能Ea。仪器和药品温度计（273K-373K）秒表KNO3(0.20mol·L-1)淀粉溶液0.2%KI(0.20mol·L-1)(NH4)2S2O8(0.20mol·L-1)Na2S2O3(0.01mol·L-1)(NH4)2SO4(0.20mol·L-1)实验内容继续下一组实验结果记录注入溶液搅拌混合计时序号ⅠⅡⅢⅣⅤ试剂用量ml0.20mol·L-1(NH4)2S2O8溶液20.010.05.020.020.00.20mol·L-1KI溶液20.020.020.010.05.00.01mol·L-1Na2S2O3溶液8.08.08.08.08.00.2%淀粉溶液2.02.02.02.02.00.20mol·L-1KNO3溶液0.00.00.010.015.00.20mol·L-1(NH4)2SO4溶液0.010.015.00.00.0一.浓度对化学反映速度的影响实验步骤2、温度对化学反应速度的影响按上表Ⅳ中的用量，把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150mL烧杯中，把(NH4)2S2O8溶液加到另一个50mL烧杯中。将它们同时放在冰水浴中冷却，待两烧杯中的溶液均冷却到室温以下10℃时，把(NH4)2S2O8迅速加到KI等混合液中，同时记时并不断搅拌；当溶液刚出现蓝色时，记录反应时间，此为实验Ⅵ。在比室温高10℃和15℃的条件下，重复上述实验操作，记录反应时间。此依次为实验Ⅶ和Ⅷ。3、催化剂对化学反应速度的影响按上表实验Ⅳ中的用量，把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150mL烧杯中，再加入1滴0.02MCu(NO3)2溶液，搅匀；然后迅速加入(NH4)2S2O8溶液，搅拌、记时。此为实验Ⅸ。将1滴0.020mol·L-1Cu(NO3)2溶液改成2滴和3滴分别重复上述实验，记时。此依次为实验Ⅹ和Ⅺ。根据测得结果，进行数据处理。思考题1、在向KI、淀粉和Na2S2O3混合溶液中加入(NH4)2S2O8时，为什么越快越好？2、在加入(NH4)2S2O8时，先计时后搅拌或先搅拌后计时，对实验结果各有何影响？3、本实验都是用溶液体积来表示各反应用量的，为什么加入各试剂时不用移液管或滴定管，而用量筒？参考文献[1]刘小忠.化学反应速率实验的优化[J].实验科学与技术,2008,3,39-41[2]曹葵，陈瑞芝，牛桓云.影响化学反应速率因素实验的改进[J].化学教学,2009,1,15-16