实验
化学反应速率与活化能 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速率,并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。
二、实验原理:
在水溶液中过二硫酸铵与碘化钾反应为:
(NH 4 ) 2 S 2 O 8
+ 3KI === (NH 4 ) 2 SO 4
+ K 2 SO 4
+ KI 3
其离子反应为:
S 2 O 8 2-
+ 3I -
=== SO 4 2-
+ I 3 -
(1)
反应速率方程为:
nImO Sc kc r 28 2 式中 r 是瞬时速率。若 28 2 OSc 、Ic 是起始浓度,则 r 表示初速率(v 0 )。在实验中只能测定出在一段时间内反应的平均速率。
在此实验中近似地用平均速率代替初速率:
为了能测出反应在△t 时间内S 2 O 8 2- 浓度的改变量,需要在混合(NH 4 ) 2 S 2 O 8
和KI 溶液的同时,加入一定体积已知浓度的Na 2 S 2 O 3 溶液和淀粉溶液,这样在(1)进行的同时还进行着另一反应:
2S 2 O 3 2-
+ I 3 -
=== S 4 O 6 2-
+ 3I -
(2)
此反应几乎是瞬间完成,(1)反应比(2)反应慢得多。因此,反应(1)生成的 I 3 - 立即与 S 2 O 3 2-反应,生成无色 S 4 O 6 2- 和 I - ,而观察不到碘与淀粉呈现的特征蓝色。当 S 2 O 3 2- 消耗尽,(2)反应不进行,(1)反应还在进行,则生成的I 3 - 遇淀粉呈蓝色。
从反应开始到溶液出现蓝色这一段时间△t 里,S 2 O 3 2- 浓度的改变值为:
再从(1)和(2)反应对比,则得:
通过改变S 2 O 8 2-
和I - 的初始浓度,测定消耗等量的S 2 O 8 2-
的物质的量浓度28 2 OSc 所需的不同时间间隔,即计算出反应物不同初始浓度的初速率,确定出速率方程和反应速率常数。
三、实验步骤 1 .浓度对化学反应速率的影响 在室温条件下进行编号Ⅰ的实验。用量筒分别量取 20.0ml 0.20mol/L KI 溶液,8.0m l0.010mol/LNa2S2O3 溶液和2.0ml 0.20mol/L0.4%淀粉溶液,全部注入烧杯中,混合均匀。
然后用另一量筒取20.0ml 0.2mol/L(NH4)2S2O8 溶液,迅速倒入上述混合溶液中,同时开动秒表,并不断搅拌,仔细观察。
当溶液刚出现兰色时,立即按停秒表,记录反应时间和室温。
按下表各溶液用量进行实验。
室温
℃ 实
验
编
号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 试剂用量 mL 0.20mol/L (NH 4 ) 2 S 2 O 8
20.0 10.0 5.0 20.0 20.0 0.20 mol/L KI 20.0 20.0 20.0 10.0 5.0 0.010mol/L Na 2 S 2 O 3
8.0 8.0 8.0 8.0 8.0 0.4% 淀粉溶液 2.0 2.0 2.0 2.0 2.0 0.20 mol/L KNO 3
0 0 0 10.0 15.0 0.20mol/L (NH 4 ) 2 SO 4
0 10.0 15.0 0 0 混合液中反应 (NH 4 ) 2 S 2 O 8
的起始始浓度 mol/L KI
Na 2 S 2 O 3
反应时间△t/s
S 2 O 8 2- 的浓度变化28 2 OSc /mol/L
反应速率r
2 .温度对化学反应速率的影响 按上表实验Ⅳ中的药品用量,将装有 KI,Na2S2O3,KNO3 和淀粉混合溶液的烧杯和装有(NH4)2S2O8 溶液的小烧杯,放在冰水浴中冷却,待温度低于室温 10℃时,将两种溶液迅速混合,同时计时并不断搅拌,出现兰色时记录反应时间。
用同样方法在热水浴中进行高于室温10℃时的实验。
实
验
编
号 Ⅵ Ⅳ Ⅶ 反应温度t/℃
反应时间△t/s
反应速率r
3 .催化剂对化学反应速率的影响 按实验Ⅳ药品用量进行实验,在(NH 4 ) 2 S 2 O 8 溶液加入 KI 混合液之前,先在 KI 混合液中加入 2 滴Cu(NO 3 ) 2 (0.02mol/L)溶液,搅匀,其它操作同实验1。
四 . 思考题 思考题1:反应液中为什么加入KNO 3 、(NH 4 ) 2 SO 4 ? 思考题2:取(NH 4 ) 2 S 2 O 8 试剂量筒没有专用,对实验有何影响? 思考题3:(NH 4 ) 2 S 2 O 8 缓慢加入KI 等混合溶液中,对实验有何影响? 思考题4:催化剂Cu(NO 3 ) 2 为何能够加快该化学反应的速率? 补充:
1、 、 如何根据所得实验数据计算反应级数和反应速率常数? 两边取对数:
k c n c m rI O Slg lg lg lg28 2 当Ic 不变(实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ)时,以 v lg 对 28 2lgO Sc 作图,得直线,斜率为m。同理,当 28 2 OSc 不变(实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ)时,以 r lg 对Ic lg 作图,得 n,此反应级数为 m+n。利用实验 1 一组实验数据即可求出反应速率常数k。
实 验 编 号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ
M
N
反应速率常数k
2、 、 如何根据实验数据计算反应活化能? 测出不同温度下的k 值,以 k lg 对T1作图,得直线,斜率为RE a30 . 2 ,可求出反应的活化能E a 。
实 验 编 号 Ⅵ Ⅶ Ⅳ 反应速率常数k
反应活化能E a