碘鐘反應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

碘鐘反應(yīng)2012301040010楊平一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握“碘鐘”反應(yīng)的原理。學(xué)會(huì)運(yùn)用“碘鐘”反應(yīng)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法。2．測定過硫酸根與碘離子的反應(yīng)速率常數(shù)．反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)活化能.二、實(shí)驗(yàn)原理在水溶液中，過二硫酸銨與碘化鉀發(fā)生如下反應(yīng)：TOC\o"1-5"\h\zSO2-+3I-=2SO2-+1- （1）28 4 3為了能夠測定一定時(shí)間（At）內(nèi)S2O82-濃度的變化量，在混合過二硫酸銨、碘化鉀溶液的同時(shí)加入一定體積已知濃度并含有淀粉（指示劑）的Na2S2O3溶液，在式（1）進(jìn)行的同時(shí)，有下列反應(yīng)進(jìn)行：2SO2-+1-=SO2-+3I- （2）23 3 46反應(yīng)（2）進(jìn)行得非?？欤磻?yīng)（1）卻緩慢得多，故反應(yīng)（1）生成的【3-立即與S2O32-作用生成無色的S4O62-和I-,因此反應(yīng)開始一段時(shí)間內(nèi)溶液無顏色變化，但當(dāng)Na2S2O3耗盡，反應(yīng)（1）生成的微量碘很快與淀粉作用，而使溶液呈現(xiàn)特征性的藍(lán)色。由于此時(shí)（即At）S2O32-全部耗盡，所以S2O82-的濃度變化相當(dāng)于全部用于消耗Na2S2O3。由上可知，控制在每個(gè)反應(yīng)中硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量均相同，這樣從反應(yīng)開始到出現(xiàn)藍(lán)色的這段時(shí)間可作為反應(yīng)初速的計(jì)量。由于這一反應(yīng)能顯示自身反應(yīng)進(jìn)程，故稱為“碘鐘”反應(yīng)。1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)的確定當(dāng)反應(yīng)溫度和離子強(qiáng)度相同時(shí)，（1）式的反應(yīng)速率方程可寫為：—d[S2°訂]=k[SO2-]譏I-]n （3）dt 28在測定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法中，反應(yīng)初速法能避免反應(yīng)產(chǎn)物的干擾求的反應(yīng)物的真實(shí)級(jí)數(shù)。如果選擇一系列初始條件，測得對應(yīng)于析出碘量為A[I2]的藍(lán)色出現(xiàn)的時(shí)間At,則反應(yīng)的初始速率為：d[SO2-]d[I-]A[I-]— 2—8=L= 3—dt dt At根據(jù)（2）式的反應(yīng)計(jì)量關(guān)系結(jié)合硫代硫酸鈉的等量假設(shè)，可知A[I-] 2A[I-] 2A[SO2-]3= 2_3At At根據(jù)(3)(4)(5)可知，2A[SO2-]2 3At=k[SO2—]m[I—]n28(5)(6)移項(xiàng)，兩邊取對數(shù)可得ln丄=lnAln丄=lnAtk2A[SO2-]23+mln[SO2-]+nln[I-]28(7)因而固定[I—|，以山丄對ln[SO2—]作圖，根據(jù)直線的斜率即可求出m;固定[SO2—],At 28 28同理可以求出n。然后根據(jù)求出的m和n，計(jì)算出在室溫下“碘鐘反應(yīng)”的反應(yīng)速率常數(shù)k。2、反應(yīng)活化能的確定根據(jù)Arrhenius公式

六．?dāng)?shù)據(jù)處理與分析In—與ln[SO2-]的關(guān)系見表3。At 28表3inAt與％行］的關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)[SO2-]濃度(mol/L)28時(shí)間At/sln[SO2-]28In丄At10.08025.88-2.526-3.253520.04051.62-3.219-3.943930.020101.09-3.912-4.6160根據(jù)表3的數(shù)據(jù)作圖，見圖1。圖1inAt與1n%行］關(guān)系圖由圖1可知m=1.009In丄與［I-］的關(guān)系見表4。At表4inA；與［1-］的關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)[I-]濃度(mol/L)時(shí)間At/sln[I-]In丄At10.08025.88-2.526-3.258340.04052.22-3.219-3.955550.020102.72-3.912-4.6320

根據(jù)表4的數(shù)據(jù)作圖2。圖2.In｝與［I—］的關(guān)系圖At由圖2知n=1.0215.2反應(yīng)速率常數(shù)的測定我們根據(jù)(6)式可知，知道m(xù),n這樣就可以計(jì)算出反應(yīng)速率常數(shù)k的值了。表5反應(yīng)速率常數(shù)k的測定(21.0°C條件下)序號(hào)12345(NH)SO溶液濃度(mol/L)0.0800.0400.0200.0800.0804 2 2 8KI溶液濃度(mol/L)0.0800.0800.0800.0400.020NaSO溶液濃度(mol/L)cc q0.00160.00160.00160.00160.0016時(shí)間At/s25.8851.62101.0952.22102.72反應(yīng)速率常數(shù)k0.02080.02100.02160.02100.0216反應(yīng)速率常數(shù)k的平均值0.0212同理可以計(jì)算25C和31C時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)k。表625C和31C時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)k序號(hào)25C31C(NH)SO溶液濃度(mol/L)0.0800.080KI溶液濃度(mol/L)0.0800.080NaSO溶液濃度(mol/L)c c c0.00160.00162 2 3時(shí)間At/s21.8415.97反應(yīng)速率常數(shù)k0.02470.0338

5.3反應(yīng)活化能的測定計(jì)算得1T與k的關(guān)系如表7所示:表71T與k的關(guān)系表序號(hào)溫度T/°C1T速率常數(shù)kInk1294.150.003400.0212-3.8542298.150.003350.0247-3.7013304.150.003290.0338-3.387作lnk和1/T的關(guān)系圖-3.3,-34Equationy=a-3.3,-34Equationy=a+■WeightNoWeightiResidualSumofe O.OD233Pearson'g「■0.&3964Adj.R-Squa0.95878ValueStandardE-CInterceptSlope10.65325-42730032.07516199&37CLinearFitofSheetlC-3.5圖3lnk和1/T的關(guān)系圖由(8)式可知Ea=8.314*4273=35?53KJ/mol5.4反應(yīng)結(jié)果的表達(dá)：.反應(yīng)級(jí)數(shù)：測得［S2O82-］的反應(yīng)級(jí)數(shù)m=l?009,［I-］的反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1.021，總的反應(yīng)級(jí)數(shù)m+n=2.030.反