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1、实验化学反应速率与活化能 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
2、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
3、- 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-D28 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的实验。用量筒分别量取 20.0ml 0.20
4、mol/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 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 0.01
5、0mol/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-D28 2 OSc /mol/L 反应速率r 2 温度对化学反应速率的影响 按上表实验中的药品用量，将装有 KI，Na2S2O3，KNO3 和淀粉混合溶液
6、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 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
7、 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、）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、）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 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 反应速率常数k 反应活化能E a