化学反应速率与活化能

1、 化学反应速率和活化能化学反应速率和活化能数据的表达与处理实验目的：实验目的：1、了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响；、了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响；2、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率；、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率；3、学会计算反应级数、反应速率常数和反应的、学会计算反应级数、反应速率常数和反应的 活化能。活化能。 在水溶液中S2O82与I发生如下反应： S2O82+ 3I=2SO42+I3（慢） (1)设反应的速率方程可表示为： v =k Cm(S2O82)Cn(I-)其中，v是反应速率，k 是速率常数，C(S2O82)、 C (I-）是即时浓度，m、n之和为反

2、应级数。实验原理实验原理 通过实验能测定在单位时间内反应的平均速率，如果在一定时间t内S2O82浓度的改变量为c(S2O82) ，则平均速率表示为： v平当t 0时， vlim v平则有v =k Cm(s2o8)Cn(I-)t用秒表测量。222828(S O )(S O )(I )xyck cctt 0 222828(S O )(S O )(I )xyck cct 为了测定在一定时间t内S2O82浓度的改变量，在将S2O82与I混合的同时，加入定量的Na2S2O3溶液和淀粉指示剂。这样在反应（1）进行的同时，也进行如下的反应： 2S2O32+ I 3 S4O62+ 3I （快）（2） 反应（2

3、）进行得很快，瞬间即可完成。而反应(1)却要比反应(2)慢得多。由反应(1)生成的I 3 ，立即与S2O32反应，生成无色的S4O62和I。因此，在反应刚开始的一段时间内看不到 I3与淀粉所呈现的特有蓝色。当S2O32耗尽时，由反应（1）继续生成的I3很快与淀粉作用而呈现蓝色。 由反应式(1)和(2)可以看出，S2O82浓度减少量等于S2O32浓度减少量的1/2。 由于溶液呈现蓝色标志着S2O32全部耗尽。所以，从反应开始到出现蓝色这段时间t内，S2O32浓度的改变实际上就是S2O32初始浓度。222282302311(S O )(S O )(S O )22ccc 由于每份混合液中S2O32的

4、初始浓度都相同，因此c(S2O82)也都是相同的。这样，只要记下从反应开始到溶液刚呈现蓝色所需的时间t，就可以求出初始反应速率。 利用求得的反应速率，可计算出速率常数k和反应级数m、n ,确定速率方程。实验用品：实验用品：仪器：仪器：秒表、温度计（0100）、烧杯、量筒、 试管、玻璃棒、电炉、石棉网药品药品： (NH4)2S2O8（0.20 molL1）、KI（0.20 molL1） KNO3（0.20 molL1）、Na2S2O3（0.010 molL1） （NH4)2SO4（0.20 molL1）、Cu (NO3)2（0.020 molL1），淀粉溶液（0.4 ）实验内容：实验内容：（一）

5、（一）浓度对化学反应速率的影响浓度对化学反应速率的影响 在室温下，按表1中实验编号1的用量，分别用量筒量取KI，Na2S2O3和淀粉溶液于烧杯中，用玻璃棒搅拌均匀。再量取(NH4)2S2O8溶液，迅速加到盛有混合溶液的烧杯中，立刻用玻璃棒将溶液搅拌均匀，同时按动秒表计时。观察溶液，刚一出现蓝色立即停止计时。记录反应时间。 用同样方法按表1的用量进行编号2、3、4、5的实验。20.0mL 0.20molL-1 KI溶液8.0mL 0.010mol.L-1 Na2S2O3溶液 2.0mL 0.4% 淀粉溶液 20.0mL 0.20molL-1 （NH4）2S2O8 溶液 混合均匀混合均匀立即计时立

6、即计时不断搅动不断搅动 迅迅速速 加加20.0mL 0.20molL-1 1 KI溶液溶液;加加8.0mL 0.010molL-1 Na2S2O3溶液溶液; 加加2.0mL 0.4%淀粉溶液淀粉溶液;混合均匀混合均匀;20.0mL 0.20molL-1 1（NH4）2S2O8溶液溶液 迅速倒入上述混合液中迅速倒入上述混合液中; 同时启动秒表，并不断搅动同时启动秒表，并不断搅动; 当溶液刚出现蓝色时，立即按停秒表，当溶液刚出现蓝色时，立即按停秒表， 记录反应时间和温度记录反应时间和温度; 为了使溶液的离子强度和总体积不变，在编号25的实验中，缺少的KI、(NH4)2S2O8的量分别用KNO3或(

7、NH4)2SO4溶液补足。 实 验 编 号12345试剂用量V/mL0.20 molL1 (NH4)2S2O820.010.05.0 20.0 20.00.20 molL1 KI20.020.0 20.010.05.00.010 molL1 Na2S2O3 8. 0 8. 0 8. 0 8.0 8.00.4 %淀粉溶液 2.0 2.0 2.0 2.0 2.00.20 molL1 KNO3 0 0 0 10.0 15.00.20 molL1 (NH4)SO4 0 10.015. 0 0 0混合液中反应物的起始浓度molL1(NH4)2S2O8 KI Na2S2O3 反应时间t/s S2O82的浓

8、度变化c(S2O82)/ molL1 反应速率v / molL-1s-1 表表1 浓度对反应速率的影响浓度对反应速率的影响 室温：室温： KIKI（10.0 mL10.0 mL）、NaNa2 2S S2 2O O3 3（8.0mL8.0mL）、 KNOKNO3 3（10mL 10mL ）、）、淀粉溶液（淀粉溶液（2.0 mL2.0 mL） 混合于大烧杯混合于大烧杯 ( (按表按表1 1实验实验4 4中的药品用量混合中的药品用量混合 ) )取取20.0mL (NH20.0mL (NH4 4) )2 2S S2 2O O8 8溶液于小烧杯溶液于小烧杯大、小烧杯同时冰水浴冷却至低于室温大、小烧杯同时

9、冰水浴冷却至低于室温1010时，时，迅速混迅速混合、计时并不合、计时并不断搅拌。断搅拌。当溶液刚出现当溶液刚出现蓝色蓝色时，记录反应时间时，记录反应时间。（此实验编号为（此实验编号为6 6）同样方法在热水中进行高于室温同样方法在热水中进行高于室温1010的实验。此的实验。此实验编号记为实验编号记为7 7。将此两次实验数据将此两次实验数据6 6、7 7和实验和实验4 4的数据记入表的数据记入表2 2中中进行比较。进行比较。 （二）（二）温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响 表表2 温度对化学反应速率的影响温度对化学反应速率的影响实 验 编 号647反应温度t/ 反应时间t/s 反应速

10、率v molL-1s-1 KI（10.0 mL）、Na2S2O3（8.0mL）、 KNO3（10mL ）、）、淀粉溶液（淀粉溶液（2.0 mL） 混合于混合于150mL烧杯烧杯 (按表按表1实验实验4中的药品用量混合中的药品用量混合 )加入加入2滴滴0.02molL-1Cu(NO3)2溶液，搅匀溶液，搅匀 ;迅速加入迅速加入20mL过二硫酸铵溶液，搅动、计时过二硫酸铵溶液，搅动、计时 ;与表与表1中实验中实验4 的反应速率定性地的反应速率定性地比较，得出结论。比较，得出结论。 （三）催化剂对反应速率的影响（三）催化剂对反应速率的影响数据处理数据处理1、反应级数和反应速度常数的计算反应级数和反应

11、速度常数的计算将反应速率表示式v =k Cm(S2O82)Cn(I-)两边取对数：lgv=mlgC(S2O82)+nlgC(I-)+lgk 当C(I-)不变时（即实验1，2，3），以lgv对lgC(S2O82)作图，可得一直线，斜率即为m。 同理，当C(S2O82)不变时（即实验1，4，5），以lgv对lgC(I-) 作图，可求得n。此反应的级数则为m+ n。 将求得的m和n代v =kCm(S2O82)Cn(I-)即可求得反应速度常数k。将数据填入表3中。 实验编号12345lglg c S2O8 2 -lg c I -mn反应速率常数kmol-1Ls-1lg=mlg c S2O8 2 - +

12、 nlgc I - +lgk 表 3 反应级数和反应速率常数k的求算2、反应活化能的计算、反应活化能的计算反应速率常数k与温度T之间的关系为： lg k=A-Ea/2.30RT 式中Ea为反应的活化能，R为摩尔气体常数，T为热力学温度。测出不同温度时的k值，以lg k对1/T作图，可得一直线。由直线斜率(等于-Ea/2.30R)可求得反应的活化能Ea。注意注意：凡是作直线求斜率的数据处理，也可以用两点坐标通过计算求得。表4 活化能Ea的求算实验编号647反应速率常数klg k1T活化能Ea本实验活化能测定值的误差不超过10%（该反应的活化能理论值为51.8kJmoL-1）。注意事项：注意事项：

13、1、严格按照合理顺序混合药品；、严格按照合理顺序混合药品；2、取用药品要用专用量筒，不可混用；、取用药品要用专用量筒，不可混用；3、加入、加入 (NH4)2S2O8溶液溶液的的同时同时记录时间，记录时间，按动按动 秒表计时秒表计时；4、反应过程中要、反应过程中要用玻璃棒用玻璃棒不断不断搅拌；搅拌；5、认真、认真观察溶液，刚一出现蓝色立即停止计时观察溶液，刚一出现蓝色立即停止计时， 记录反应时间记录反应时间；6、填好表、填好表1中的有关内容；中的有关内容；7、严格按照升温方法操作；、严格按照升温方法操作；8、填写表、填写表2的有关内容；的有关内容；1.反应液中为什么加入反应液中为什么加入KNO3、(NH4)2SO4溶液？溶液？ 2.为什么要先加为什么要先加KI溶液再加（溶液再加（NH4) )2S2O8溶液？溶液？3.(NH4)2S2O8缓慢加入缓慢加入KI等混合溶液中，对实验等混合溶液中，对实验有何影响？有何影响？ 4.催化剂催化剂Cu(NO3)2为何能够加快该化学反应的速为何能够加快该化学反应的速率？率？ 思考题思考题实验报告实验报告第一部分：第一部分： 实验目的、实验原理、实验用品实验