实验十一化学反应速率、速率常数和反应级数的测定S,O-与I的氧化还原反应一、实验目的1、了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。2.测定过二硫酸铵与碘化钾反应的平均反应速率，并计算不同温度下的反应常数和该反应的反应级数。二、实验提要在溶液中，过二硫酸铵和碘化钾发生如下反应：(NH4)S2Og+3KI=(NH4)SO4+K,SO4+KI它的离子方程式为：(1)S202+31-2SO42+I3上述反应在t2～t间隔内的平均反应速率为Ac(S,02-) = (S,02-) - c,(S,0g)V=-Att, -ti式中△c(S,02-)为S,O-在At时间内浓度的改变值。为了测定出△c(S,2-)，在混合(NH4)S2Og和KI溶液时，以淀粉溶液作为指示剂，同时加入一定体积的、已知浓度的Na2S2O；溶液。这样，在反应(1)进行的同时，也进行着如下反应：(2)2S20,2-+13S40g2-+31反应(2)进行得非常快，几乎瞬时完成，而反应(1)却慢得多。于是，由反应(1)生成的碘立刻与S,O反应，生成了无色的S.O和I。因此，在开始一段时间内，看不到碘和淀粉作用而显示特有的蓝色。但是，一旦S,O耗尽，则反应（1)生成的碘，即使是微量的也能使淀粉指示剂变成蓝色。所以蓝色的出现就标志着反应(2)的完成。从反应方程式(1)和(2)的关系可以看出，S,O浓度减少的量等于S,O减少量的一半。因为S,O在溶液显蓝色时已全部消耗掉，因此△c(S,02-实际上等于反应开始时Na2S20的浓度。即得-
1 实验十一 化学反应速率、速率常数和反应级数的测定 S2O8 2与I 的氧化还原反应 一、实验目的 1. 了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。 2. 测定过二硫酸铵与碘化钾反应的平均反应速率，并计算不同温度下的反应常数和该 反应的反应级数。 二、实验提要 在溶液中，过二硫酸铵和碘化钾发生如下反应： (NH4)2S2O8 + 3KI =(NH4)2SO4 + K2SO4 + KI3 它的离子方程式为： S2O8 2- + 3I- =2SO4 2- + I3 - (1) 上述反应在 t2～t1 间隔内的平均反应速率为： 2 1 2 2 2 8 2 1 2 8 2 ( 2 8 ) ( ) ( ) t t c S O c S O t c S O 式中 ( ) 2 2 8 c S O 为 2 S2O8 在Δt 时间内浓度的改变值。 为了测定出 ( ) 2 2 8 c S O ，在混合(NH4)2S2O8 和 KI 溶液时，以淀粉溶液作为指示剂，同 时加入一定体积的、已知浓度的 Na2S2O3 溶液。这样，在反应(1)进行的同时，也进行着如下 反应: 2S2O3 2- + I3 - =S4O6 2- + 3I - (2) 反应(2)进行得非常快，几乎瞬时完成，而反应(1)却慢得多。于是，由反应(1)生成的碘 立刻与 S O 2- 2 3 反应，生成了无色的 2- S4O6 和 I -。因此，在开始一段时间内，看不到碘和淀粉 作用而显示特有的蓝色。但是，一旦 S O 2- 2 3 耗尽，则反应 (1)生成的碘，即使是微量的也能 使淀粉指示剂变成蓝色。所以蓝色的出现就标志着反应(2)的完成。 从反应方程式(1)和(2)的关系可以看出， 2 S2O8 浓度减少的量等于 S O 2- 2 3 减少量的一半。 因为 S O 2- 2 3 在溶液显蓝色时已全部消耗掉，因此 c(S O ) 2 2 3 实际上等于反应开始时 Na2S2O3 的浓度。即得
- Ac(s,0-) - -A(s - -c(.0)22由于本实验中每份混合溶液只考虑(NH4)2S2O：和KI的浓度改变，而使用的Na2S2O3起始浓度都是相同的，因此到蓝色出现时已消耗去的S,O，即△c(S,O2-)也都是相同的。这样，只要记下从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间（t)，就可以求算出在各种不同浓度下的平均反应速率Ac(S,0°-) - c(S,0°-)V=-△t2△t根据质量作用定律，过二硫酸铵与碘化钾反应速率与反应物浓度的关系如下U = k· c"(S,0-) .c"(I)(3)从不同浓度下测得的反应速率，即能计算出该反应的m、n和反应级数，然后由(3)式求得一定温度下的反应速率常数。三、实验流程图反应、计时数据处理配制溶液四、实验用品仪器、用品：烧杯（5只100mL或50mL)，6只10mL移液枪，秒表，搅棒。试剂、材料：0.20mol-L-(NH4)2S2Og，0.20mol-L-KI，0.010mol-L-Na2S203，0.2%淀粉溶液，0.20mol-L-1KNO3，0.20mol-L-l(NH4)SO4。五、实验内容（一）浓度对反应速率的影响1.在室温下，按表11-1的实验要求，用移液枪（每种试剂所用的移液枪都应在洗涤后贴上标签，以免混乱）分别准确量取20.0mL0.20molL-KI溶液，8.0mL0.010molL-Na2S203溶液和4.0mL0.2%淀粉溶液于100mL烧杯中，混合均匀。2.用移液枪准确量取20.0mL0.20mol-L-(NH4)S2Og溶液，迅速加到烧杯中，立刻开始计时并搅拌溶液。观察到溶液刚一出现蓝色，立即停止计时，将反应时间记入表11-1中。3.用上述方法参照表11-1重复进行实验编号2～5。为了保持反应系统的总体积不变，在2～5实验编号中，所减少的KI或(NH4)2S2Og的用量可以分别用0.20mol-L-IKNO和0.20mol-L-（NH4)2SO4来补充。（请思考为什么？）4.根据表11-1中各种试剂的用量，计算各实验中参加反应的试剂的起始浓度及反应速率常数，逐一填入表11-1中，并记下反应温度。2
2 (S O ) 2 1 2 (S O ) (S O ) 2 2 3 2 2 2 3 2 8 c c c 由于本实验中每份混合溶液只考虑(NH4)2S2O8和 KI 的浓度改变，而使用的 Na2S2O3 起 始浓度都是相同的，因此到蓝色出现时已消耗去的 S O 2- 2 3 ，即 c(S O ) 2 2 3 也都是相同的。这 样，只要记下从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间(Δt)，就可以求算出在各种不同浓度 下的平均反应速率 t c t c 2 (S O ) (S O ) 2 2 3 2 2 8 根据质量作用定律，过二硫酸铵与碘化钾反应速率与反应物浓度的关系如下: (S O ) (I ) 2 n 2 8 m k c c （3） 从不同浓度下测得的反应速率，即能计算出该反应的 m、n 和反应级数，然后由(3)式求 得一定温度下的反应速率常数。 三、实验流程图 四、实验用品 仪器、用品：烧杯(5 只 100 mL 或 50 mL)，6 只 10 mL 移液枪，秒表，搅棒。 试剂、材料：0.20 mol·L -1 (NH4)2S2O8，0.20 mol·L -1KI，0.010 mol·L -1 Na2S2O3，0.2%淀 粉溶液，0.20 mol·L -1 KNO3，0.20 mol·L -1 (NH4)2SO4。 五、实验内容 (一) 浓度对反应速率的影响 1. 在室温下，按表 11-1 的实验要求，用移液枪（每种试剂所用的移液枪都应在洗涤后 贴上标签，以免混乱）分别准确量取 20.0 mL 0.20 mol·L -1 KI 溶液，8.0 mL 0.010 mol·L -1 Na2S2O3溶液和 4.0 mL 0.2%淀粉溶液于 100 mL 烧杯中，混合均匀。 2. 用移液枪准确量取 20.0 mL 0.20 mol·L -1 (NH4)2S2O8 溶液，迅速加到烧杯中，立刻开 始计时并搅拌溶液。观察到溶液刚一出现蓝色，立即停止计时，将反应时间记入表 11-1 中。 3. 用上述方法参照表 11-1 重复进行实验编号 2～5。为了保持反应系统的总体积不变， 在 2～5 实验编号中，所减少的 KI 或(NH4)2S2O8 的用量可以分别用 0.20 mol·L -1 KNO3 和 0.20 mol·L -1 (NH4)2SO4来补充。（请思考为什么？） 4. 根据表 11-1 中各种试剂的用量，计算各实验中参加反应的试剂的起始浓度及反应速 率常数，逐一填入表 11-1 中，并记下反应温度。 配制溶液 反应、计时 数据处理
六、数据处理表11-1KI与(NH4)2S2Os的浓度对反应速率的影响实验编号-23450.20 mol-L-lKI20.020.020.010.05.00.2%淀粉4.04.04.04.04.0试剂0.010mol-L-l Na2S2038.08.08.08.08.0用量0.20 mol-L-115.0KNO3一一10.0-mL10.015.00.20 mol-L-t(NH4)2SO)---20.010.05.020.020.00.20 mol-L-1(NH4)2S20s(NH4)2S20g(mol-L-I)起始的浓KI(mol L=l)度Na2S203(mol-L-l)反应温度(℃)反应时间At(秒)反应的平均速率V（△C/△t)反应级数(m+n)速率常数(k)反应级数的计算方法把表11-1中的实验1和3号的结果代入下式D = k . c"(S,O2-) . c"(I-)由于:C'(I-)=C(I-)：k为常数。=ci(S,0%-)所以：c,(S,0g-)V3因为Vi、V3、C,(S,O）、C,(S,O）都是已知数，所以可以求出m。用同样的方法将表11-1中实验1和5号的结果代入，可得：由于：Cm(S,0)=C(S,0)= c(I)所以：cg(I-)Vs3
3 六、数据处理 表 11-1 KI 与(NH4)2S2O8 的浓度对反应速率的影响 实 验 编 号 1 2 3 4 5 试剂 用量 mL 0.20 mol·L -1 KI 20.0 20.0 20.0 10.0 5.0 0.2% 淀粉 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.010 mol·L -1 Na2S2O3 8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 0.20 mol·L -1 KNO3 — — — 10.0 15.0 0.20 mol·L -1 (NH4)2SO4 — 10.0 15.0 — — 0.20 mol·L -1 (NH4)2S2O8 20.0 10.0 5.0 20.0 20.0 起始 的浓 度 (NH4)2S2O8 (mol·L -1 ) KI (mol·L -1 ) Na2S2O3 (mol·L -1 ) 反应温度 (℃) 反应时间 Δt (秒) 反应的平均速率 V (ΔC/Δt) 反应级数 (m+n) 速率常数 ( k ) 反应级数的计算方法 把表 11-1 中的实验 1 和 3 号的结果代入下式: (S O ) (I ) 2 n 2 8 m k c c 由于: C (I ) C (I ) n 3 n 1 ； k 为常数。 所以: (S O ) c (S O ) 2 2 8 m 3 2 2 8 m 1 3 1 c 因为 V1、V3、C (S O ) 2 1 2 8 、C (S O ) 2 3 2 8 都是已知数，所以可以求出 m。用同样的方法 将表 11-1 中实验 1 和 5 号的结果代入，可得: 由于: C (S O ) C (S O ) 2 2 8 m 5 2 2 8 m 1 所以: (I ) (I ) n 5 n 1 5 1 c c
由上式可求出n。再由m+n求得反应级数。速率常数k的计算方法：将求出的m与n代入u=k·c(S,O-）·c"(I)，即可求得速率常数k。思考题1.在过二硫酸铵和碘化钾的氧化还原实验中，有哪些因素可能影响实验的准确度？你将如何避免？2.在本实验中，如果不用S,O而用I或13-浓度变化来表示反应速率，则反应速率常数k是否一样？?3.在本实验中，为什么可以由反应溶液出现蓝色的时间长短来计算反应速率?反应溶液出现蓝色后，反应是否就终止了？4.实验中若先加(NH4)2S2O：溶液，最后加KI溶液，对实验结果有何影响？5.Na2S2O3用量过多或过少，对实验结果有何影响？6.在上述实验的2、3中添加不同量的(NH4)SO4溶液：4、5中添加不同量的KNO3溶液的用意何在？如何选择添加试剂？4
4 由上式可求出 n。再由 m+n 求得反应级数。 速率常数 k 的计算方法: 将求出的 m 与 n 代入 (S O ) (I ) 2 n 2 8 m k c c ，即可求得速率常数 k。 思考题 1. 在过二硫酸铵和碘化钾的氧化还原实验中，有哪些因素可能影响实验的准确度? 你 将如何避免? 2. 在本实验中，如果不用 2 S2O8 而用 I - 或 I 3- 浓度变化来表示反应速率，则反应速率常 数 k 是否一样? 3. 在本实验中，为什么可以由反应溶液出现蓝色的时间长短来计算反应速率?反应溶液 出现蓝色后，反应是否就终止了? 4. 实验中若先加(NH4)2S2O8 溶液，最后加 KI 溶液，对实验结果有何影响? 5. Na2S2O3 用量过多或过少，对实验结果有何影响? 6. 在上述实验的 2、3 中添加不同量的(NH4)SO4 溶液；4、5 中添加不同量的 KNO3 溶 液的用意何在? 如何选择添加试剂?