实验三化学反应速率与活化能的测定 1.实验目的 (1)通过实验了解温度、浓度和催化剂对化学反应速率的影响,加深对活化能的理 解,并练习根据实验数据作图求活化能的方法; (2)练习在水浴中保持恒温的操作: (3)测定过二硫酸铵氧化碘化钾的反应速率,并求算一定温度下的反应速率常数。 2.实验原理 在溶液中,过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应 (NH 2 S,08 3KI ==(NH)2 SO, K2S04 KI3 反应式(1)的反应速率与反应物浓度的关系,可用下式来表示: △c(S2O3) =ke"(s, o).c"(r) 式中v为平均速率,△c(S2O32)为S202在△t时间内物质的量浓度的改变值;c(S202)、 c(I)分别为两种离子的初始浓度;k为反应速率常数;m、n在此均为1。 为了能够测出在一定时间(△t)内Δc(S202),在混合(NH)2S2O和KI的同时,加 入一定体积已知浓度并含有淀粉的Na2S2O3溶液,这样在反应(1)进行的同时,也进 行着如下反应 S406+31 反应(2)进行得非常快,几乎瞬间完成。而反应(1)生成的I2立即与S2O32作用,生 成无色的SO6和I。在开始的一段时间内,看不到碘与淀粉作用而显蓝色。但是, 旦Na2S2O3耗尽,由反应(1)继续生成的I3离解生成的微量的碘就立即与淀粉反应 而使溶液显出特有的蓝色。从反应式(1)、(2)的关系可以看出,c(S2O32)减少量总是 等于c(S2O32)的减少量的一半,即 Ac(S2Q2)=2(S0) 由于在Δt时间内S2O3全部耗尽,浓度最后为零,所以Δc(S2O32)的绝对值实际上就 是反应开始时Na2S2O3的浓度。在本实验中,每份混合液中Na2S2O3的起始浓度都是相 同的,因而Δc(S2O32)也都是相同的。这样,只要记录下从反应开始到溶液显蓝色所需 时间Δt,就可以求酸出反应速率,并从下式求出反应速率常数为
实验三 化学反应速率与活化能的测定 1. 实验目的 (1) 通过实验了解温度、浓度和催化剂对化学反应速率的影响，加深对活化能的理 解，并练习根据实验数据作图求活化能的方法； （2）练习在水浴中保持恒温的操作； （3）测定过二硫酸铵氧化碘化钾的反应速率，并求算一定温度下的反应速率常数。 2.实验原理 在溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应： (NH4)2S2O8 + 3KI ===(NH4)2SO4 + K2SO4 + KI3 (1) 反应式（1）的反应速率与反应物浓度的关系，可用下式来表示： 2- 2 8 2- - 2 8 (S O ) (S O ) (I ) c m n v kc c t ∆ =− = ⋅ ∆ 式中 v 为平均速率，Δc(S2O8 2-)为 S2O8 2-在Δt 时间内物质的量浓度的改变值；c(S2O8 2-)、 c(I- )分别为两种离子的初始浓度；k 为反应速率常数；m、n 在此均为 1。 为了能够测出在一定时间（Δt）内Δc(S2O8 2-)，在混合(NH4)2S2O8 和 KI 的同时，加 入一定体积已知浓度并含有淀粉的 Na2S2O3 溶液，这样在反应（1）进行的同时，也进 行着如下反应： 2S2O3 2- + I 3 - === S4O6 2- + 3I - (2) 反应（2）进行得非常快，几乎瞬间完成。而反应（1）生成的 I2立即与 S2O3 2- 作用，生 成无色的 S4O6 2- 和 I - 。在开始的一段时间内，看不到碘与淀粉作用而显蓝色。但是， 一旦 Na2S2O3 耗尽，由反应（1）继续生成的 I 3 - 离解生成的微量的碘就立即与淀粉反应 而使溶液显出特有的蓝色。从反应式（1）、（2）的关系可以看出，c(S2O8 2-)减少量总是 等于 c(S2O3 2- )的减少量的一半，即 2 2 2 3 2 8 ( ) ( ) 2 cSO cSO − − ∆ ∆ = 由于在Δt 时间内 S2O3 2- 全部耗尽，浓度最后为零，所以Δc(S2O3 2- )的绝对值实际上就 是反应开始时 Na2S2O3 的浓度。在本实验中，每份混合液中 Na2S2O3的起始浓度都是相 同的，因而Δc(S2O3 2- )也都是相同的。这样，只要记录下从反应开始到溶液显蓝色所需 时间Δt，就可以求酸出反应速率,并从下式求出反应速率常数为:
△c(S2O3 2△tc(S2O8)c(I) 反应速率常数k温度一般有以下关系 Ink= In a 式中Ea为活化能;R为气体常数(8314 J K-. mol-l);T为热力学温度,测得不同 温度下时的k值,以lnk对1/T作图,可得一直线,由直线斜率可求得反应的活化能 3.实验内容 3.1浓度对化学反应速率的影响 在室温下,用量筒准确量取20.0mL0.2molL-KI、8.0mL0.01molL-Na2S2O3溶 液,倒入250mL烧杯中混匀,然后用量筒量取20.0mL0.2molL-(NH)2S20迅速加入烧 杯中,立即按动秒表,用玻璃棒不断搅拌,在溶液刚出现蓝色时,准确计时,将反应 时间填入表1。 表1浓度对化学反应速率的影响 实验编号 反应温度/℃ 20.0 0. 2 mol- L(NH4)2S20 20.0 0.2mol. K 20.0 10.0 试剂用量/m 0.01.. Na2S2O3 8.0 02%淀粉 0.2 molL KNO 10.0 150 0.2 mol-L(NH)SOA 100 (NH4)2S2O8 0.08 0.02 0.08 试剂起 008008 0.04 始浓度/molL NayS,O3 0.0016 0.0016 00016 反应时间△ 反应速率/moLs 119×1030616×103122×10350593×106 速率常数k 3.78×1033.71×10 3.85×10 3.81×1033.70×10 L速率常数k平均值 3.77×10 3.2温度对反应速率的影响 在一只大试管中,加入100mL0.2 mol-L KI、20mL0.2%淀粉、80mL001 molL-
2 (S O ) (I ) (S O ) 2 2 8 2 2 3 − − − ∆ ⋅ ∆ = tc c c k 反应速率常数 k 温度一般有以下关系： ln ln Ea k A RT = − 式中 Ea 为活化能；R 为气体常数（8.314 J⋅K-1⋅mol-1）；T 为热力学温度，测得不同 温度下时的 k 值，以 lnk 对 1/T 作图,可得一直线，由直线斜率可求得反应的活化能。 3. 实验内容 3.1 浓度对化学反应速率的影响 在室温下，用量筒准确量取 20.0mL 0.2mol⋅L-1 KI、8.0mL 0.01mol⋅L-1 Na2S2O3 溶 液，倒入 250mL 烧杯中混匀，然后用量筒量取 20.0mL 0.2 mol⋅L-1(NH4)2S2O8迅速加入烧 杯中，立即按动秒表，用玻璃棒不断搅拌，在溶液刚出现蓝色时，准确计时，将反应 时间填入表 1。 表 1 浓度对化学反应速率的影响 实验编号 1 2 3 4 5 反应温度/℃ 20.0 20.0 20.0 20.0 20.0 0.2 mol·L-1(NH4)2S2O8 20.0 10.0 5.0 20.0 20.0 0.2mol·L-1 K 20.0 20.0 20.0 10.0 5.0 0.01mol·L-1 Na2S2O3 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 0.2%淀粉 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.2 mol·L-1KNO3 10.0 15.0 试剂用量/ mL 0.2 mol·L-1(NH4)2SO4 10.0 15.0 ( NH4)2S2O8 0.08 0.04 0.02 0.08 0.08 KI 0.08 0.08 0.08 0.04 0.02 试剂起 始浓度/ mol·L-1 Na2S2O3 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 反应时间 ∆t/s-1 33.01 67.25 129.91 65.68 134.96 反应速率/ mol·L-1·s-1 2.42×10- 5 1.19×10-5 0.616×10-5 1.22×10-5 0.593×10-6 速率常数 k 3.78×10-3 3.71×10-3 3.85×10-3 3.81×10-3 3.70×10-3 速率常数 k 平均值 3.77×10-3 3.2 温度对反应速率的影响 在一只大试管中，加入 10.0mL 0.2mol⋅L-1 KI、2.0mL0.2% 淀粉、8.0mL 0.01mol⋅L-1
Na2S2O3和100mL0.2 molL KNO3溶液,在另一只大试管中加入200mL02 mol(NH4)2S2O3溶液,同时放入同一冰水浴中,待两只试管中的溶液冷却到一定温度 时,将200mL0.2molL'(NH4)2S2O溶液迅速到入另一只试管中,用玻璃棒搅拌,立即 计时只至溶液出现蓝色,并记录反应温度。 表2温度对反应速率的影响 实验编号 7 8 9 反应温度/ 10 30 反应时间/s 183.97 107.04623 31.26 反应速率y 4.35×10 7.41×10 1.72×103 2.59×10° 反应速率常数/k 1.36×10 2.32×103 5.40×10 8.10×103 Ink -6.07 5.22 -4.82 1/T 3.62×10 3.53×103 3.41×10 3.30×10 根据实验结果,用坐标纸,用各次实验的lnk对1T作图。 由nk-1图可得反是(1)的活化能为494kJ/mol,与标准值Ea=5l8kJ/mol 相比,误差为46%。 3.3催化剂对反应速率的影响 在室温下,用量筒准确量取100mL0.2 mol L- KI、80mL001 mol-- Na2S2O3和10.0 mL02 molL KNO3溶液,再加入微量Cu(NO3)2溶液搅匀,然后取200mL0.2 molL(NH)S3O3迅速倒入250mL烧杯中,立即按动秒表,用玻璃棒不断搅拌,在溶液 刚出现蓝色时,准确计时,将反应时间填入表3中
3.3 3.4 3.5 3.6 -6.5 -6.0 -5.5 -5.0 Na2S2O3 和 10.0 mL0.2mol⋅L-1KNO3 溶液，在另一只大试管中加入 20.0mL 0.2 mol⋅L-1(NH4)2S2O8 溶液，同时放入同一冰水浴中，待两只试管中的溶液冷却到一定温度 时，将 20.0mL 0.2 mol⋅L-1(NH4)2S2O8溶液迅速到入另一只试管中，用玻璃棒搅拌，立即 计时只至溶液出现蓝色，并记录反应温度。 表 2 温度对反应速率的影响 实验编号 6 7 8 9 反应温度/℃ 3 10 20 30 反应时间/s 183.97 107.90 46.28 31.26 反应速率/γ 4.35×10-6 7.41×10-6 1.72×10-5 2.59×10-5 反应速率常数/k 1.36×10-3 2.32×10-3 5.40×10-3 8.10×10-3 lnk -6.60 -6.07 -5.22 -4.82 1/T 3.62×10-3 3.53×10-3 3.41×10-3 3.30×10-3 根据实验结果，用坐标纸，用各次实验的 lnk 对 1/T 作图。 由 lnk —1/T 图可得反应（1）的活化能为 49.4 kJ/mol，与标准值 Ea = 51.8kJ/mol 相比，误差为 4.6%。 3.3 催化剂对反应速率的影响 在室温下，用量筒准确量取 10.0mL 0.2mol⋅L-1 KI、8.0mL 0.01mol⋅L-1 Na2S2O3 和 10.0 mL 0.2 mol⋅L-1KNO3 溶液，再加入微量 Cu(NO3)2 溶液搅匀，然后取 20.0mL 0.2 mol⋅L-1(NH4)2S2O8 迅速倒入 250mL 烧杯中，立即按动秒表，用玻璃棒不断搅拌，在溶液 刚出现蓝色时，准确计时，将反应时间填入表 3 中。 ln k 1/T×103
表3催化剂对反应速率的影响 实验编号 加入0.02mo1Cu(NO3)2的滴数 反应时间/s 49.13 35.76 由实验结果可以看出,在其他反应条件相同的情况下加入正催化剂,可以加快反应 的进程。 4.注意事项 (1)根据实际的用量选择合适的量筒,注意量筒不能混用,最好能给每个量筒贴上标 签 (2)在测定温度对反应速率的影响时,一定要使两管试剂的温度一致后迅速混合,立 即计时 (3)在作图时应用坐标纸,注意图表的规范
表 3 催化剂对反应速率的影响 实验编号 加入 0.02 mol⋅L -1 Cu(NO3)2 的滴数 反应时间/s 10 1 75.66 11 2 49.13 12 3 35.76 由实验结果可以看出，在其他反应条件相同的情况下加入正催化剂，可以加快反应 的进程。 4. 注意事项 (1) 根据实际的用量选择合适的量筒，注意量筒不能混用，最好能给每个量筒贴上标 签； (2) 在测定温度对反应速率的影响时，一定要使两管试剂的温度一致后迅速混合，立 即计时； (3) 在作图时应用坐标纸，注意图表的规范