碘钟反应的动力学和热力学参数的测定完整试验报告

1、碘钟反应”的反应级数、速率常数和活化能的测定实验报告化学学院材化班实验目的1、用初速法测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数和反应级数O2、掌握碘钟反应过程及其原理。、简要实验原理在水溶液中，过二硫酸铉与碘化钾发生如下反应1:22S2O8 一 . 3I 一 - 2SO4 一 13一我们事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，贝U(1)式中产生的少量的|3-会优先和S2o3板应而被还原成I 一:-2- 22S2O3 一 顷-，4。6一 3I 一(2)这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后，(1)式生成的碘才会和淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。由上可知，控制在每个反应中硫代硫酸钠的物质的量均相同,

2、 蓝色的这段时间即可用来度量本反应的初速。当反应温度和离子强度相同时，(1)式的反应速率方程可写为：-dIS°'=kS2O，mI 十dt根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：2.dS2O8 IdI3|.侦dtdt . '：t根据(2)式的反应计量关系结合硫代硫酸钠的等量假设，可知.侦2"032 7.:t -根据 (4) (5)可知，2.:S2O；移项，两边取对数可得1 ln =ln.:t 2 m n= kS2O8l I 1k_ _ 22 mln S2O8 1 nln I "2 .:S2O3 二这样从反应开始到出现(3)(4)(5)(6)1。因而固

3、定I 3，以ln石对S2O8 J作图，根据直线的斜率即可求出m ；固定S2O8-| ,同理可以求出n。然后根据求出的 m和n ,计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数k最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现蓝色所需的时间A，计算出不同温度下的反应速率常数，由 Arrhenius公式，以ln k对1/T作图，根据直线的斜率即可求出活化能。三、主要的实验仪器及试剂恒温水浴槽一套；50m L烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只；0.20M (NH 4)2S2O8溶液;0.20M KI 溶液；0.01M Na2S2O3 溶液；4%淀粉溶液；0.20M KNO 3 溶液；0.20M (NH 4)2SO

4、4 溶液。四、实验内容1、反应级数和速率常数的测定按照表1所列数据将每组的(NH 4)2S2O8溶液、(NH 4)2SO4溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀，KI溶液、Na2,2O3溶液和KNO 3溶液放入B烧杯中混合均匀。然后将两份溶液混合， 当混合至一半时开始计时，并不断搅拌，当溶液出现蓝色时即停止计时。表1 “碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表序号123450.20M (NH 4)2 S2O8溶液/mL10.05.02.51010.00.20M KI 溶液 /mL10.010.010.05.02.50.01M Na 2S2O3溶液 /mL4.04.04.04.04.00.4%淀粉溶液/

5、mL1.01.01.01.01.00.20M KNO 3 溶液 /mL0005.07.50.20M (NH 4»SO4 溶液 /mL05.07.5002、反应活化能的测定按照表1中第1组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在 10.0、30.0和40.0 C下按照3.1 中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间At并记录，要注意必须先将溶液在相应的水浴槽中恒温一段时间，待溶液温度与恒温槽温度相同后再将溶液进行混合。五、实验数据的记录1、反应级数和速率常数测定的数据记录序号12345(NN)2S O 浓度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI 浓度(mol/L)0.080

6、.080.080.040.02N&S2O 浓度(mol/L)0.00160.00160.00160.00160.0016时间t/s26.9157.54116.1553.38113.972、不同温度下反应1时间记录温度/c203040时间t/s26.9119.819.41六、实验数据的处理1、反应级数和速率常数的计算由5、1数据表格，我们可以依次求出反应级数及数率常数K。(S2O2-8)反应级数的测定Ln1/At与ln (&O28)关系数据表序号一 2- 一 、 (&O 8)浓度时间t/sln(S2O，)Ln1/ t10.08026.91-2.52573-3.292520

7、.04057.54-3.21888-4.0524830.020116.15-3.91202-4.75488有计算机做出 Ln1/ t与ln (&O2-8)关系图得:-35Equationy = a + b*KAdj. R-Squa0.90697ValueStandard ErrDIntercept-0.6377007637DSlope1.05480.02398DLinear Fit of D由图可知：Ln1/ t=1.0548 ln(S2O2-8)-0.6377，其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为 2-(S2O 8)的反应级数。(I-)反应级数的测定Ln1/At与

8、ln (I-)关系数据表序号(I-)浓度时间t/sln (I )Ln1/ t10.08026.91-2.52573-3.292520.04053.38-3.21888-3.9774430.020113.97-3.91202-4.73594由计算机做出Ln1/ t与ln (I-)关系图得:Equabany = a + b"xAdj. R-Square0.99&27Starndrd ErrorD-065W010013DSlopeT 041220 03064 DLinear Fit of D由图可知：Ln1/ t=1.04122 In （）-0.6504.其中相关系数 r=0.99

9、827.对比公式可知 n=1.04122, 这就是I2的反应级数。2、反应数率常数的测定2 -根据公式2扑2°3 =kS2O；仍I十.'t将m、n的值代入，即可算出k的值实验数据的处理见下表序号12345(NH4)2SQ 浓 度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI浓度 (mol/L)0.080.080.080.040.02NaSzQ浓度(mol/L)0.00160.00160.00160.00160.0016时间t/s26.9157.54116.1553.38113.97反应数率常数k0.023680.0230070.0236770.0245670.02

10、368K的平均值0.0263462由上可知，此反应数率常数为k=0.02634623、反应活化能的测定Lnk对1/T的数据关系见下表:序号温度T/K1/Tklnk1293.550.0034070.02368-3.743122303.450.0032950.032167-3.436813313.750.0031870.067719-2.69239Lnk对1/T由计算机作图得: HLinear Fit of H-3.0-Equationy = a +Adj. R*Squar>0 B8326ValueStandard ErrorHIntercepl12.471023 925C6HSlope-4761.486351190.44683'-4.0 -I11110.0032000330.0034F由阿伦尼乌斯公式两边取对数得：lnk=lnA-Ea/RT.线性拟合的结果为lnk=12.471-4781.48/T,贝U由此计算出的活化能为Ea=4