化学反应速率与活化能的测定实验报告

化学反应速率与活化能的测定实验报告
姓名 班级 试验时间 第 室 号位 指导教师
实验目的
1． 了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。

2． 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的速率、反应级数、速率系数和反应的活化能。

实验原理
（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：
S 2O 82-(aq)+ 3I -(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I 3-(aq) （1）
这个反应的平均反应速率为
v = - 228(S O )
c t
- = 228(S O )(I )kc c αβ--
式中：v ── 反应的平均反应速率；
228(S O )c - ── t 时间内228S O -的浓度变化；
228(S O )c -，(I )c - ── 228S O -，I -的起始浓度；
k ── 该反应的速率系数；
,αβ ──反应物228S O -，I -的反应级数，()αβ+为该反应的总级数。

为了测出在一定时间（t ）内S 2O 82-的浓度变化，在混合(NH 4)2S 2O 8和KI 溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生：
2S 2O 32- (aq) + I 3－(aq) ══ S 4O 62-(aq) + 3I -(aq) （2）
由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I 3－会立即与S 2O 32-反应生成无色的S 4O 62-和I -。

这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na 2S 2O 3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I 3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。

由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S 2O 82- 就要消耗 2 mol 的S 2O 32-，即 c （S 2O 82-）= 12
c （S 2O 32-）
由于在t 时间内，S 2O 32-已全部耗尽，所以c （S 2O 32-）实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3的浓度，即
－c （S 2O 32-）= 0c （S 2O 32-）
这里的0c （S 2O 32-）为Na 2S 2O 3的起始浓度。

在本实验中，由于每份混合液中Na 2S 2O 3的起始浓度都相同，因而c （S 2O 32-）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间（t ），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：
v =228()
c S O t
-
-
=()2232c S O t
--=
()02232c S O t
-
按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得
反应的总级数（α+β），再由()()
228
v
k c
S O c I α
β-
-
=
求出反应的速率系数k 。

由Arrhenius 方程得
{}lg 2.303a
E k A RT
=-
式中：a E ── 反应的活化能；
R ── 摩尔气体常数，R = 8.314 J ·mol -1·K -1 ; T ── 热力学温度
求出不同温度时的k 值后，以{}lg k 对1T 作图，可得一直线，由直线的斜率 2.303a E R ⎛
⎫- ⎪⎝⎭可求得反应的活化能a E 。

Cu 2+可以加快(NH 4)2S 2O 8与KI 反应的速率，Cu 2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。

仪器、药品及材料
仪器：恒温水浴一台，烧杯（50ml ）5个（标上1、2、3、4、5），量筒[10ml4个，分别贴上0.2mol ·L -1(NH 4)2S 2O 8，0.2mol ·L -1KI ，0.2mol ·L -1KNO 3，0.2mol ·L -1(NH 4)2SO 4；5ml 2个，分别贴上0.05 mol ·L -1Na 2S 2O 3，0.2％淀粉]，秒表1块，玻璃棒或电磁搅拌器。

药品：(NH 4)2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH 4)2SO 4（0.2mol ·L -1）,淀粉溶液（0.2％），Cu(NO 3)2（0.02mol ·L -1）。

实验步骤
1. 浓度对反应速率的影响，求反应级数、速率系数
在室温下，按表1所列各反应物用量，用量筒准确量取各各试剂，除0.2mol ·L -1(NH 4)2S 2O 8溶液外，其余各试剂均可按用量混合在各编号烧杯中，当加入0.2mol ·L -1(NH 4)2S 2O 8溶液时，立即计时，并把溶液混合均匀（用玻璃棒搅拌或把烧杯放在电磁搅拌器上搅拌），等溶液变蓝时停止计时，记下时间t 和室温。

计算每次实验的反应速率v ，并填入表1中。

用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式()()
228
v
k
c
S O c I α
β-
-
=
求出各实验的k ，填表。

2. 温度对反应速率的影响，求活化能
按表1中实验1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃和15℃的温度下进行实验。

这样就可测得这三个温度下的反应时间，并计算三个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入表2中。

利用表2中各次实验的和T ，作-T 图，求出直线的斜率，进而求出反应（1）
的活化能a E
3.催化剂对反应速率的影响
在室温下，按表1中实验1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol·L-1Cu(NO3)2溶液[为使总体积和离子强度一致，不足10滴的用0.2mol·L-1(NH4)2SO4溶液补充]。

表3 催化剂对反应速率的影响
(0.02mol·L)的滴数
反应时间t s
/ (mol·L-1·s-1)
中的反应速率与表1中的进行比较，你能得出什么结论？
思考题
1.若用I-（或I3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则v和k是否和用S2O82-的浓度变化表示的一样？
2.实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？。