反应速率常数和活化能的测定[8]
实验17化学反应速率与活化能的测定
实验17 化学反应速率与活化能的测定一、实验目的1．进一步了解浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响，加深对反应速率、反应级数和活化能概念的理解。
2．了解过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率测定原理和方法，学习通过数据处理和作图求算反应级数和反应的活化能。
3. 练习在水浴中保持恒温的操作。
二、实验原理在水溶液中，过二硫酸铵和碘化钾发生以下反应S 2O 82－+3I －==== 2SO 42－+ I 3－（1）根据反应速率方程，若用S 2O 82－量随时间的不断降低来表示反应速率，则：r ＝ －dtO S dc )(282−＝)()(282−−⋅⋅I c O S c k n m本实验测定的是一段时间t Δ内反应的平均速率r ，由于在t Δ时间内本反应的r 变化较小，故可用平均速率近似代替起始速率。
即：r ＝－tO S c ΔΔ−)(282≈)()(282−−⋅⋅I c O S c k n m 式中：Δc (S 2O 82－)为Δt 时间内S 2O 82－浓度的改变值。
c (S 2O 82－) 、c (I －)分别为两种离子的初始浓度；k 为反应速率常数；m ，n 为决定反应级数的两个值；m+n 即为反应级数。
为了测定在一定时间t Δ内S 2O 82－的变化值，可在混合(NH 4)2S 2O 8溶液和KI 溶液的同时，加入一定体积已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉溶液，在反应（1）进行的同时，也同时进行着如下反应：2S 2O 32－+ I 3－=== S 4O 62－+ 3I－(2)反应（2）比反应（1）进行得快，瞬间即可完成。
由反应（1）生成的碘能立即与S 2O 32－作用，生成无色的S 4O 62－和I －。
因此，在开始一段时间内，看不到碘与淀粉作用所显示的蓝色，但当S 2O 32－用尽，反应（1）继续生成的微量I 3－与淀粉作用，使溶液显示出蓝色。
根据此原理及从反应（1）和反应（2）可看出，从反应开始到溶液出现蓝色所需的时间t Δ内，S 2O 82－浓度的改变量为S 2O 32－在溶液中浓度的一半。
化学反应速率及活化能的测定
反应（2）比反应（1）快得多。一旦 NaS2O3耗尽，反应（1）生成的微量I3-就立即与 淀粉作用，使溶液呈蓝色。记下反应开始至溶 液出现蓝色的时间△t 。 由（1）和（2）可知： △c(S2O82-)＝△c(S2O32-)/2 又由于△t时间内S2O32-全部反应完，所以： r=-△c(S2O82-)/△t＝-△c(S2O32-)/2△t ＝ c(S2O32-)/2△t =kc(S2O82-)c(I-)
化学反应速率及活化能的测定
实验目的
·验证浓度、温度及催化剂对反应速率影响的理 论。 ·根据Arrhenius方程式，学会使用作图法测定反 应活化能。 ·巩固吸量管的使用及恒温操作。
实验原理 水溶液中，(NH4)S2O8和KI发生如下反应： S2O82-+3I-→2SO42-+I3(1) r=-△c(S2O82-)/△t=kc(S2O82-)mc(I-)n 该反应中，m=1,n=1。 为了测定△t内的△c(S2O82-) ，在反应开 始时，加入一定量的NaS2O3溶液和淀粉溶 液（做指示剂），这样在反应体系中还存 在以下反应： (2) 2S2O32-+ I3- →S4O62-+ 3I-
（2）温度对反应速率的影响 ·比室温约高20℃的条件下（用热水浴调节温 度），按表中IV的用量重复以上实验； ·比室温约高10℃的条件下（用热水浴调节温 度），按表中IV的用量重复以上实验。 （3）催化剂对化学反应速率的影响 ·按表中V的用量，在大试管中加入2滴Cu(NO3)2 溶液，搅匀，按本实验（1）的方法重复实验。
注意事项
·实验前预习有关移液管、吸量管的相关内容及 操作。 ·本实验成败的关键之一是所用溶液的浓度要准 确，因此各试剂的取用要“专管专用”，不要 污染试剂，从而改变试剂的浓度。
化学反应速率和活化能的测定
c(S2 O 8 ) 2 m n r= = kc(S2 O 8 ) c(I ) t
2S2O32- + I3- = S4O62- + 3I-
c(S2 O 3 ) c(S2 O 3 ) c(S2 O 8 ) = = 2 2
2 2 2
2
2 2 c(S2 O 82 ) c(S2 O 3 ) c(S2 O 3 ) = = r= t 2t 2t
21
18
思考题1
若不用S2O82-，而用I-或I3-的浓度变化来表示反应 速率，则反应速率常数k是否一样？
19
思考题2
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？当溶液中出现蓝色后，反应 是否就停止了？
20
下周实验
磺基水杨酸与三价铁离子配合物的组成及稳定常数测定
预习内容 分光光度计的使用 作图法处理数据； 移液管的使用； 配位平衡及平衡常数； 磺基水杨酸； 连续变化法；
速率常数-温度曲线
作图法
一般以主变量作横轴，应变量作纵轴； 坐标轴比例选择的原则: 首先图上的最小分度与仪器的最小分度一致，要 能表示出全部有效数字。 其次是要方便易读，例如用1 cm (即一大格)表示 1，2，5这样的数比较好，而表示3，7等数字则不 好。 还要考虑充分利用图纸，不一定所有的图均要把 坐标原点作为0，可根据所作的图来0 8 4 Ⅶ 10 10 8 4 / / / / / / /
Ⅷ
10 高20℃10
试剂的用量/ml
0 0℃ 0
量筒
平均值/
/ /
反应速率常数k
注意
实验Ⅳ、Ⅴ反应温度比室温分别高10、20℃； 实验Ⅵ为加催化剂0.02M的Cu(NO3)2，量为3滴； 实验Ⅶ为求实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的速率常数的平均 值； 求活化能时以实验Ⅶ、Ⅳ、Ⅴ的lgk对1/T作图， 由直线斜率求反应的活化能。Ea=－2.303R×S， S代表斜率； 比较实验Ⅰ、Ⅵ的反应速率大小；
实验一化学反应速率和活化能的测定
四、实验步骤
用同样的方法按表1中的用量，完成序号2～5 的其它实验。为使每次实验中溶液离子强度和 总体积不变，不足的量分别用0.20 mol· L -1的 KNO3溶液和0.20 mol· L-1的(NH4)2SO4溶液补 足。
表 1 浓度对反应速率的影响
实 验 序 号
0.20mol· L-1KI 0.01mol· L-1Na2S2O3 试剂用量， 2%淀粉溶液 0.20mol· L-1KNO3 mL 0.20mol· L-1(NH4)2SO4 0.20mol· L-1(NH4)2S2O8
四、实验步骤
表 2 温度对反应速率的影响
实 验 序 号 4 6 7 8
反应温度 反应时间 反应速率 反应速率常
K s v k
四、实验步骤
3、催化剂对反应速率的影响 按表1中序号4的用量，先在混合溶液中加2滴 0.02 mol· L-1的Cu(NO3)2溶液，混匀，然后迅 速加入(NH4)2S2O8溶液，并记录反应时间。同 没有加入Cu(NO3)2溶液的相同条件反应比较 催化剂对反应速率的影响。
1
20 8.0 4.0 / / 20
2
20 8.0 4.0 / 10 10
3
20 8.0 4.0 / 15 5
4
10 8.0 4.0 10 / 20
5
5 8.0 4.0 15 / 20
起始浓度， KI溶液 Na2S2O3溶液 mol· L-1 反应时间△t，s 反应的平均速率 反应速率常数
(NH4)2S2O8溶液
四、实验步骤
1、浓度对反应速率的影响 在室温下，用量筒分别量取0.20mol· L -1 的KI溶液20mL，0.010 mol· L-1的Na2S2O3溶 液8mL和0.2 % 淀粉溶液4mL，都加到150mL 锥形瓶中，混匀。再用另一个量筒取0.20 mol· L-1的(NH4)2S2O8溶液20mL，快速加到 盛混合溶液的150mL锥形瓶中，同时开动秒表， 将溶液搅匀。当溶液刚出现蓝色时，立即停表， 记下反应时间和温度。
化学反应速率与活化能的实验测定
化学反应速率与活化能的实验测定引言：化学反应速率是描述化学反应快慢的物理量，它与反应物浓度、温度、催化剂等因素密切相关。
而活化能是指化学反应中反应物必须克服的能垒，是反应速率的重要参量。
本文将介绍一种实验方法，用于测定化学反应速率与活化能。
实验材料与仪器：1. 紫外-可见分光光度计2. 恒温水浴3. 玻璃容器4. 实验所需化学品：过硫酸钾、亚硫酸钠、酚酞指示剂等实验步骤：1. 准备两个玻璃容器，分别加入适量的过硫酸钾和亚硫酸钠溶液，使其浓度相同。
2. 在一个玻璃容器中加入酚酞指示剂，用紫外-可见分光光度计测定其吸光度，并记录下初始吸光度数值。
3. 在另一个玻璃容器中加入适量的过硫酸钾溶液，将两个玻璃容器放入恒温水浴中，使温度保持恒定。
4. 同时打开两个玻璃容器的盖子，使两个溶液同时开始反应。
5. 每隔一段时间，取出一个玻璃容器，用紫外-可见分光光度计测定其吸光度，并记录下吸光度数值。
6. 重复步骤5，直到反应达到一定程度或吸光度数值变化不再显著。
数据处理与分析：根据实验所得吸光度数值，可以绘制出反应物浓度与时间的关系曲线。
根据反应物浓度随时间变化的趋势，可以确定反应的速率。
常用的速率表达式为：速率= ΔC/Δt其中，ΔC表示反应物浓度的变化量，Δt表示时间的变化量。
根据实验数据，可以计算出不同时间点的速率。
根据速率与温度的关系，可以得到活化能的实验测定值。
根据阿伦尼乌斯方程：k = A * exp(-Ea/RT)其中，k表示反应速率常数，A表示指前因子，Ea表示活化能，R表示气体常数，T表示温度。
通过测定不同温度下的反应速率常数，可以得到活化能的实验测定值。
讨论与结论：通过实验测定化学反应速率与活化能，可以了解反应的快慢以及反应物必须克服的能垒。
实验结果可以为实际工业生产中的反应条件选择和反应机理研究提供重要参考。
然而，实验测定活化能存在一定的误差。
因为实验中无法完全排除其他因素对反应速率的影响，例如溶液的扰动、温度的波动等。
实验1 化学反应速率和活化能的测定
实验1 化学反应速率和活化能的测定一、实验目的1. 了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响。
2. 加深对反应速率和活化能概念的理解。
3. 测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。
4. 练习温度、时间和体积的测量及恒温操作。
二、实验原理在水溶液中过二硫酸铵和碘化钾发生如下反应：4228424243(NH )S O +3KI (NH )SO +K SO +KI =或： 2--2--2843S O +3I 2SO +I = （1）其反应速率根据速率方程可表示为：82--2(S O )(I )m n kc c ν=⋅ （2）式中v 是在此条件下反应的瞬时速率，若2-28[S O ]、-[I ]是起始浓度，则v 表示起始速度，k 是速率常数，m 与n 之和是反应级数。
实验能测定的速率是在一段时间(△t )内反应的平均速率，如果在△c 时间内2-28[S O ]的改变为△2-28[S O ]，则平均速率：2-28(S O )c tν-∆=∆ （3）近似地用平均速率代替起始速率：2-2--2828(S O )(S O )(I )m n c kc c t ν-∆==⋅∆ （4） 为了能够测出反应在△c 时间内2-28[S O ]的改变值，需要在混合(NH 4)2S 2O 8和KI 溶液的同时，注入一定体积已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉溶液，这样在反应（1）进行的同时还进行下面的反应：2--2--233462S O +I =S O +3I （5）这个反应进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应（1）比反应（2）慢得多。
因此，由反应（1）生成的-3I 立即与2-23S O 反应，生成无色的2-46S O 和-I 。
所以在反应的开始阶段看不到碘与淀粉反应而显示的特有蓝色。
但是一当Na 2S 2O 3耗尽，反应（1）继续生成的I 3-就与淀粉反应呈现出特有的蓝色。
由于从反应开始到蓝色出现标志看2-23S O 全部耗尽，所以从反应开始到出现蓝色这段时间△t 里，2-23S O 浓度的改变△2-23[S O ]实际上就是Na 2S 2O 3的起始浓度。
乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定
乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定一、实验目的1．通过电导法测定乙酸乙酯皂化反应速度常数。
2．求反应的活化能。
3．进一步理解二级反应的特点。
4．掌握电导仪的使用方法。
二、实验原理反应速率与反应物浓度的二次方成正比的反应为二级反应。
其速率方程为4.1将速率方程积分可得动力学方程：4.2式中为反应物的初始浓度，为时刻反应物的浓度，为二级反应的速率常数。
以对时间作图应为一直线，直线的斜率即为。
对大多数反应，反应速率与温度的关系可用阿仑尼乌斯经验方程来表示：4.3式中为阿仑尼乌斯活化能或叫反应活化能，为指前因子，为速率常数。
实验中若测得两个不同温度下的速率常数，由（4.3）式很容易得到：4.4由（4.4）式可求活化能。
乙酸乙脂皂化反应是二级反应＝动力学方程为4.5由（4.5）式可以看出，只要测出t时刻的x值，c0为已知的初始浓度，就可以算出速率常数k2。
实验中反应物浓度比较低，因此我们可以认为反应是在稀的水溶液中进行，CH3COONaCOO-的导电能力大，随着是全部解离的。
在反应过程中Na+的浓度不变，OH-的导电能力比CH3COO-不断增加，因此在实验中我们可以用测量溶液的电导（G）反应的进行，OH-不断减少，CH3来求算速率常数k2。
体系电导值的减少量与产物浓度x的增大成正比：4.64.7式中为时溶液的电导，为时间时溶液的电导，为反应进行完全（→∞）时溶液的电导。
将（4.6）、（4.7）两式代入（4.5）式得：整理得：4.8实验中测出及不同时刻所对应的，用对作图得一直线，由直线的斜率可求出速率常数。
若测得两个不同温度下的速率常数，后，可用（4.4）式求出该反应的活化能。
三、仪器与试剂1、仪器电导率仪(附DJS-1型铂黑电极)1台；电导池1只；恒温水浴1套；停表1只；移液管(10ml)3只；磨口三角瓶(200ml)1个。
2、药品NaOH水溶液(0.0200mol·dm-3)；乙酸乙酯(A.R.)；电导水。
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一、引言化学反应总是充满了神秘的魅力。
它们像魔法一样，潜藏在我们身边的每一个角落。
今天，我们要聊的就是化学反应速率和活化能。
这可不是简单的公式和数据，而是理解化学反应背后深层次的秘密。
谁能想到，生活中那些看似平常的现象，其实都有化学反应在背后默默运作呢？1.1 反应速率的概念首先，什么是反应速率呢？简单来说，就是化学反应进行的速度。
有的反应像闪电般迅速，有的则像慢慢爬行的小蜗牛。
速率受多种因素影响，比如温度、浓度、催化剂等等。
试想一下，你在厨房里煮水，水的温度越高，水蒸气产生的速度就越快。
这就是温度对反应速率的影响。
很多人可能觉得化学反应速率很抽象，其实生活中随处可见。
1.2 活化能的奥秘再来说说活化能。
活化能就像是反应的“门槛”。
只有当反应物的能量达到这个门槛时，反应才会发生。
想象一下，登山的时候，你得先攀爬到山顶，才能欣赏到美丽的风景。
活化能就是这个山顶。
它告诉我们，为什么有些反应在常温下很难发生，而有些则很快。
高的活化能意味着需要更多的能量，反应就会变得缓慢；反之，则会迅速进行。
二、实验设计2.1 实验目的我们这次实验的目的很简单：测定不同条件下的反应速率，以及活化能的值。
通过具体的实验数据，探究反应速率和活化能之间的关系。
让我们在实验中亲身体验这些理论的魅力。
2.2 实验材料实验需要一些基本的材料。
首先是反应物，比如氢氧化钠和盐酸。
还有温度计、计时器等工具。
这些材料虽小，却是实验的关键。
它们将为我们打开化学反应的神秘之门。
2.3 实验步骤实验步骤也很简单。
首先，准备反应物。
然后，选择不同的温度进行反应。
在每个温度下，记录反应时间和生成物的量。
最后，通过计算不同温度下的反应速率，进一步推导出活化能。
这个过程就像是拼图，每一步都至关重要，缺一不可。
三、实验结果与分析3.1 结果展示经过一番努力，我们终于得到了实验数据。
在不同温度下，反应速率明显不同。
温度升高，反应速率加快。
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实验一氯化一氯五氨合钴水合反应速率常数和活化能的测定[8]
1.实验仪器与药品
分析天平、722型分光光度计、秒表、恒温水浴、烧杯、25ML容量瓶、量筒、微型过滤装置、烘箱
CoCl2·6H2O（固体）、30％H2O2、0.3mol /L HNO3、6.0 mol/L HNO3 、NH4Cl （固体）、浓氨水、6mol/L HCl、浓HCl 、五水乙醇、丙酮、水。
2. 实验过程与方法
（1）[CoCl(NH3)5]Cl2的制备
在小烧杯中加入3ML浓氨水，再加入0.5g氯化铵搅拌使其溶解。
在不断搅拌下分数次加入1g 研细的CoCl2·6H2O，得到黄红色[Co(NH3)6]Cl2沉淀。
在不断搅拌下慢慢滴入1ML 30％H2O2溶液，生成深红色[Co(NH3)5H2O]Cl3溶液。
慢慢注入3ML浓盐酸，生成紫红色[CoCl(NH3)5]Cl2晶体。
将次混合物在水浴上加热15min 后，冷却至室温，用微型过滤装置抽滤。
用2ML冰冷水洗涤沉淀，然后用2ML冰冷的6mol/L 盐酸洗涤，再用少量乙醇洗涤一次，最后用丙酮洗涤一次，在烘箱中于100---110℃干燥1---2h 。
（2）[CoCl(NH3)5]Cl2水合速度率常数和活化能的测定
称取0.0750g放入小烧杯中，加入少量水，置于水浴中加热使其溶解，再转移至25ML容量瓶中。
然后加入1.25ML 6mol/LHNO3,用水稀释至刻度。
溶液中配合物浓度为1.2×10-2mol/L,HNO3浓度为0.3mol/L。
将溶液分成二份，分别放入60℃和80℃的恒温水浴中，每隔5min测一次吸光度，当吸光度变化缓慢时，每隔10min测定一次，直至吸光度无明显变化为止。
测定时以0.3mol/LHNO3溶液为参比液，用1cm 比色皿在550nm波长下进行测定。
以－ln（A－A∞）对t作图，由直线斜率计算出水合反应速率常数k。
由60℃的k60和80℃的k80计算出水合反应的活化能。
⒊实验结果与讨论
（1）实验结果
A∞=εcl=21.0×1×(0.75÷250.5÷0.025)=0.25
(80℃水浴)
(60℃水浴)
图（9）
-L n (A -A *)
Time(min)
Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X
Parameter V alue Error
------------------------------------------------------------ A -7.07958 0.05601 B
0.02405 0.00268
图（10）
-
L
n
(
A
-
A
*
)
Time(min)
Linear Regression for Data1_B:
Y = A + B * X
Parameter V alue Error
------------------------------------------------------------
A -6.46376 0.00416
B 0.00627 2.75078E-4
由图（9）可知：当温度为80℃时，B=2.405×10-2 即K80=2.405×10-2min-1由图（10）可知：当温度为60℃时，B′=6.27×10-3 即K60=6.27×10-3min-1 由公式:
lg (K2∕K1)=[Ea∕2.303R]×(1/T1-1/T2)得：
lg（6.27×10-3∕2.405×10-2）=[ Ea∕(2.303×8.314)]×(1/80-1/60)
求得：Ea=65.7KJ∕mol
（2）实验讨论：
由上述数据可知：此实验所得到的结果都在所给参考值的范围之内（周宁怀主编、科学出版社出版的《微型无机化学实验》）[8]，
实验参考数值：K60约为（6.0×10-3~1.6×10-2）min-1
K80约为（2.4×10-2~3.5×10-2）min-1
Ea约为(60~70) KJ∕mol
但是图（9）所得到的曲线离校正曲线（直虚线）偏差较大，而图（10）所得到的曲线则偏差较小，为什么温度高时得到的曲线偏差大呢？
a、制得[CoCl(NH3)5]Cl2晶体里本身就有其它杂质，最明显的就是紫红色的
[CoCl(NH3)5]Cl2晶体里含有绿色的钴的配合物杂质，这是因为钴的配合物里随着氯原子、NH3的个数之比不同，配合物会呈现不同的颜色。
b、在实验过程中由于人为的失误和仪器的误差，尤其是在测量折光率时由于分光光度计陈旧、不灵敏，会给实验带来一定的误差。
c、在测80℃下水合反应速率常数k时，由于水浴锅里大量水蒸气蒸发而进入所测溶液中，使溶液颜色明显变浅，溶液变稀，这样会使测量结果存在一定误差，而且测量时间越长，这种误差会越大。
（3）、[CoCl(NH3)5]Cl2水合反应机理
[CoCl(NH3)5]Cl2在水溶液中发生水合作用，即H2O取代配合物中的配体Cl-，生成[Co(NH3)5H2O]Cl3，[CoCl(NH3)5] 2+ + H2O=== [Co(NH3)5H2O]3++ Cl-按照Sn1机理，取代反应中决定的步骤是Co—Cl键的断裂，其结果是H2O 分子很快进入配合物中配体Cl-的位置。
按照取代反应的Sn2机理，反应中的H2O 分子首先进入配合物而形成短暂的七配位中间体——[CoCl(NH3)5H2O]Cl2，再由中间体很快失去Cl-而形成产物。
Sn1 反应是一级反应，其反应速率方程为：v=k1c([CoCl(NH3)5] 2+)------( 1)
Sn2反应是二级反应，其反应速率方程为:
v =k2（[CoCl(NH3)5] 2+）c（H2O）------（2）
由于反应是在水溶液中进行，溶剂水大大过量，反应消耗水也很少。
所以实际上反应过程中c（H2O）基本保持不变，（2）式可表示为v =k2′c（[CoCl(NH3)5] 2+）其中k
′c = k2 c（H2O）。
由此可见，不论Sn1反应还是Sn2反应都可按一
2
级反应处理，即反应速率方程为：
v =-dc([CoCl(NH3)5]2+)/dt = kc( [CoCl(NH3)5]2+)
积分得-lnc[CoCl(NH3)5]2+=kt+B若以-lnc([CoCl(NH3)5]2+)对t作图，得到一直线，其斜率即为反应速率常数k。
根据Lambert-Beer定律，A=εcL若用分光光度法测定给定t时配给物的吸光度A，并以-㏑A对t作图，也可得到一直线，由其斜率可以求得k。
由于反应产物[Co(NH3)5H2O]Cl3在测定波长下也有吸收，所以测得的吸光度A 实际上是反应物[CoCl(NH3)5]Cl2和生成物[Co(NH3)5H2O]Cl3的吸光度之和。
生成物在550nm的摩尔吸光系数ε为21.0Cm-1mol-1·L。
由此可求得无限长时间生
成物的吸光度A∞，而某瞬间配合物[CoCl(NH3)5]Cl2的吸光度近似用A-A∞来表示。
以-㏑(A−A∞)对t作图，得到一直线，由直线的斜率可求得水合反应速率常数k.。