反應(yīng)速度與活化能

無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)速率和活化能實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解濃度、溫度和催化劑對反應(yīng)速度的影響2、測定過二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)的反應(yīng)速度3、學(xué)會計算反應(yīng)級數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和反應(yīng)的活化能。實(shí)驗(yàn)用品：儀器：秒表、溫度計（0℃~100℃）、燒杯、量筒、

試管、玻璃棒、酒精燈、三角架、石棉網(wǎng)液體藥品：

(NH4)2S2O8（0.20mol·L－1）、KI（0.20mol·L－1）

KNO3（0.20mol·L－1）、Na2S2O3（0.010mol·L－1）

（NH4)2SO4（0.20mol·L－1）、Cu(NO3)2（0.020mol·L－1），淀粉（0.4％）實(shí)驗(yàn)原理：在水溶液中S2O82－與I－發(fā)生如下反應(yīng)：

S2O82－+3I－==2SO42－+I3－

(1)

設(shè)反應(yīng)的速率方程可表示為：

v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)其中，v是反應(yīng)速率，k

是速率常數(shù)，C(S2O82－)、C

(I-）是即時濃度，m、n之和為反應(yīng)級數(shù)。通過實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y定在單位時間內(nèi)反應(yīng)的平均速率，如果在一定時間Δt內(nèi)S2O82－濃度的改變量為ΔC(S2O82－)，則平均速率表示為：

v平＝－當(dāng)Δt→0時，v＝limv平則有v=k·Cm(s2o8)·Cn(I-)＝－Δt用秒表測量Δt→0

為了測定在一定時間Δt內(nèi)S2O82－濃度的改變量，在將S2O82－與I－混合的同時，加入定量的Na2S2O3溶液和淀粉指示劑。這樣在反應(yīng)（1）進(jìn)行的同時，也進(jìn)行如下的反應(yīng)：

2S2O32－+I3－

＝

S4O62－+3I－

（2)

反應(yīng)（2）進(jìn)行得很快，瞬間即可完成。而反應(yīng)(1)卻要比反應(yīng)(2)慢得多。由反應(yīng)(1)生成的I3－，立即與S2O32－反應(yīng)，生成無色的S4O62－和I－。因此，在反應(yīng)剛開始的一段時間內(nèi)看不到I3－與淀粉所呈現(xiàn)的特有藍(lán)色。當(dāng)S2O32－耗盡時，由反應(yīng)（1）繼續(xù)生成的I3－很快與淀粉作用而呈現(xiàn)藍(lán)色。由反應(yīng)式(1)和(2)可以看出，S2O62－濃度減少量等于S2O32－濃度減少量的1/2。由于溶液呈現(xiàn)藍(lán)色標(biāo)志著S2O32－全部耗盡。所以，從反應(yīng)開始到出現(xiàn)藍(lán)色這段時間Δt內(nèi)，S2O32－濃度的改變實(shí)際上就是S2O32－初始濃度。由于每份混合液中S2O32－的初始濃度都相同，因此Δc(S2O82－)也都是相同的。這樣，只要記下從反應(yīng)開始到溶液剛呈現(xiàn)藍(lán)色所需的時間Δt，就可以求出初反應(yīng)速率。

利用求得的反應(yīng)速率，可計算出速率常數(shù)k和反應(yīng)級數(shù)m、n,確定速率方程。實(shí)驗(yàn)步驟：一、濃度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

在室溫下，按表1中實(shí)驗(yàn)編號1的用量，分別用量筒量取KI，Na2S2O3和淀粉溶液于燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻。再量取(NH4)2S2O8溶液，迅速加到盛有混合溶液的燒杯中，立刻用玻璃棒將溶液攪拌均勻，同時按動秒表計時。觀察溶液，剛一出現(xiàn)藍(lán)色立即停止計時。記錄反應(yīng)時間。

實(shí)

驗(yàn)

編

號12345V/mL0.20mol·L－1(NH4)2S2O820.010.05.0

20.0

20.00.20mol·L－1KI20.020.0

20.010.05.00.010mol·L－1Na2S2O3

8.0

8.0

8.0

8.0

8.00.4%淀粉溶液

2.0

2.0

2.0

2.0

2.00.20mol·L－1KNO3

0

0

0

10.0

15.00.20mol·L－1(NH4)SO4

0

10.015.0

0

0起始濃度mol·L－1(NH4)2S2O8

KI

Na2S2O3

反應(yīng)時間Δt/s

S2O82－的濃度變化Δc(S2O82－)/mol·L－1

反應(yīng)速率v

表1濃度對反應(yīng)速率的影響

用同樣方法進(jìn)行表1中實(shí)驗(yàn)編號2-5的實(shí)驗(yàn)。為了使溶液的離子強(qiáng)度和總體積不變，在編號2~5的實(shí)驗(yàn)中，缺少的KI(NH4)2S2O8的量分別用KNO3或(NH4)2SO4溶液補(bǔ)足。

注意事項：1、嚴(yán)格按照合理順序混合藥品。2、取用藥品要用專用量筒，不可混用。3、加入(NH4)2S2O8溶液的同時記錄時間，按動秒表計時。4、反應(yīng)過程中要用玻璃棒不斷攪拌5、認(rèn)真觀察溶液，剛一出現(xiàn)藍(lán)色立即停止計時，

記錄反應(yīng)時間。6、填好表1中的有關(guān)內(nèi)容二、溫度對化學(xué)反應(yīng)速率的影響

按表1實(shí)驗(yàn)編號4的用量，分別將KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加入燒杯中，攪拌均勻。在大試管中加入(NH4)2S2O8溶液。將燒杯和試管同時放入熱水浴中，在高于室溫10℃時，把試管中的(NH4)2S2O8迅速倒入燒杯中，攪拌，同時按動秒表記時。當(dāng)溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色時，停止計時。記錄反應(yīng)時間和溫度。記做實(shí)驗(yàn)編號6，填入表2。同樣方法在高于室溫20℃重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，記錄反應(yīng)時間和溫度。記做實(shí)驗(yàn)編號7，填入表2。表2溫度對反應(yīng)速率的影響實(shí)

驗(yàn)

編

號467反應(yīng)溫度/℃

反應(yīng)時間Δt/s

反應(yīng)速率

注意事項：1、采用升溫法測定2、嚴(yán)格按照升溫方法操作3、其他操作同步驟一4、填寫表2的有關(guān)內(nèi)容三、催化劑對反應(yīng)速率的影響按表1中的實(shí)驗(yàn)編號4的用量，分別向燒杯中加入KI、Na2S2O3、

KNO3和淀粉溶液，再加入2滴0.020mol·L－1Cu(NO3)2溶液，攪拌均勻，迅速加入(NH4)2S2O8溶液，攪拌，記錄反應(yīng)時間。將此反應(yīng)速率與表1中的實(shí)驗(yàn)編號4的反應(yīng)速率進(jìn)行比較，得出定性結(jié)論。

四、數(shù)據(jù)處理1、反應(yīng)級數(shù)和反應(yīng)速度常數(shù)的計算將反應(yīng)速度表示式v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)兩邊取對數(shù)：lgv=mlgC(S2O82－)+nlgC(I-)+lgk

當(dāng)C(I-)不變時，以lgv對lgC(S2O82－)作圖，可得一直線，斜率即為m。

同理，當(dāng)C(S2O82－)不變時，以lgv對lgC(I-)

作圖，可求得n。此反應(yīng)的級數(shù)則為m+n。

將求得的m和n代v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)即可求得反應(yīng)速度常數(shù)k。2、求反應(yīng)的活化能反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T之間的關(guān)系為：

lg

k=A-Ea/2.30RT

式中Ea為反應(yīng)的活化能，R為氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。測出不同溫度時的k值，以lg

k對1/T作圖，可得一直線．由直線斜率(等于-Ea/2.30R),可求得反應(yīng)的活化能Ea。

該反應(yīng)的活化能理論值為51.8kJ·moL-1。

注意：凡是作直線求斜率的數(shù)據(jù)處理，也可以用兩點(diǎn)坐標(biāo)通過計算求得。實(shí)驗(yàn)報告第一部分：實(shí)驗(yàn)原理第二部分：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、濃度對反應(yīng)速度