无机化学实验四级

无机化学实验四级第1页，共29页，2023年，2月20日，星期六一、实验目的：1、了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响2、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速度3、学会计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。第2页，共29页，2023年，2月20日，星期六

1.化学反应速率的表示方法2.浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影响理论基础3.反应速率常数的意义4.化学反应活化能的意义5.速率常数与活化能的关系5.如何使用作图法求反应级数、速率常数和活化能6.计时秒表的使用7.恒温水浴槽的使用实验十预习要求第3页，共29页，2023年，2月20日，星期六二、实验用品：仪器：秒表、温度计（0℃~100℃）、烧杯、量筒、试管、玻璃棒、酒精灯、三角架、石棉网液体药品：

(NH4)2S2O8（0.20mol·L－1）、KI（0.20mol·L－1）

KNO3（0.20mol·L－1）、Na2S2O3（0.010mol·L－1）（NH4)2SO4（0.20mol·L－1）、Cu(NO3)2（0.020mol·L－1），淀粉（0.4％）第4页，共29页，2023年，2月20日，星期六对于一般的化学反应：速率常数+为反应级数速率方程三、实验原理：第5页，共29页，2023年，2月20日，星期六问题：什么是速率方程？表示反应物浓度与反应速率关系的方程。怎么得到速率方程？速率方程是由实验确定的。第6页，共29页，2023年，2月20日，星期六①k为单位浓度时的反应速率；②k由化学反应本身决定，是化学反应在一定温度时的特征常数与反应物的浓度无关；③相同条件下，k值越大，反应速率越快；④k的数值随温度变化，温度升高，k

增大。问题：什么是速率常数？第7页，共29页，2023年，2月20日，星期六反应级数——速率方程中各浓度的指数称为相应物质的反应级数。总反应级数——速率方程中各物质浓度的指数的代数和。第8页，共29页，2023年，2月20日，星期六速率方程的应用半衰期：当反应物A的转化率为50%时所需的反应时间称为半衰期，用t1/2

表示。

半衰期是衡量化学反应快慢的一个重要指标，常用来表示放射性同位素的衰变特征。

美国科学家利比因发明利用测定放射性14C确定地质年代的方法获1960年诺贝尔奖。第9页，共29页，2023年，2月20日，星期六理论要点：有效碰撞：能发生反应的分子间碰撞称为有效碰撞。活化分子：能发生有效碰撞的分子称为活化分子。活化能：活化分子的平均能量与反应物分子平均能量差为活化能Ea。第10页，共29页，2023年，2月20日，星期六

在水溶液中S2O82－与I－发生如下反应：

S2O82－+3I－==2SO42－+I3－

(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之和为反应级数。第11页，共29页，2023年，2月20日，星期六

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Δt内S2O82－浓度的改变量为ΔC(S2O82－)，则平均速率表示为：

v平＝－当Δt→0时，v＝limv平则有v=k·Cm(s2o8)·Cn(I-)＝－Δt用秒表测量Δt→0

第12页，共29页，2023年，2月20日，星期六

为了测定在一定时间Δt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－+I3－

＝

S4O62－+3I－

（2)

反应（2）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I3－，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。第13页，共29页，2023年，2月20日，星期六

由反应式(1)和(2)可以看出，S2O62－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Δt内，S2O32－浓度的改变实际上就是S2O32－初始浓度。第14页，共29页，2023年，2月20日，星期六

由于每份混合液中S2O32－的初始浓度都相同，因此Δc(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Δt，就可以求出初反应速率。

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。第15页，共29页，2023年，2月20日，星期六四、实验步骤：（一）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。

第16页，共29页，2023年，2月20日，星期六四、实验内容(一)浓度对化学反应速率的影响

用同样方法按表1的用量进行编号2、3、4、5的实验。20.0mL0.20mol·L-1

KI溶液8.0mL0.010mol.L-1

Na2S2O3溶液

2.0mL0.4%

淀粉溶液

20.0mL0.20mol·L-1（NH4）2S2O8

溶液

混合均匀立即计时不断搅动迅速①②④③①加20.0mL0.20mol·L-1

KI溶液

②加8.0mL0.010mol·L-1

Na2S2O3溶液③加2.0mL0.4%淀粉溶液

④混合均匀⑤20.0mL0.20mol·L-1（NH4）2S2O8溶液

迅速倒入上述混合液中⑥同时启动秒表，并不断搅动

⑦当溶液刚出现蓝色时，立即按停秒表，记录反应时间和温度

第17页，共29页，2023年，2月20日，星期六为了使溶液的离子强度和总体积不变，在编号2~5的实验中，缺少的KI、(NH4)2S2O8的量分别用KNO3或(NH4)2SO4溶液补足。

第18页，共29页，2023年，2月20日，星期六实

验

编

号12345V/mL0.20mol·L－1(NH4)2S2O820.010.05.0

20.0

20.00.20mol·L－1KI20.020.0

20.010.05.00.010mol·L－1Na2S2O3

8.0

8.0

8.0

8.0

8.00.4%淀粉溶液

2.0

2.0

2.0

2.0

2.00.20mol·L－1KNO3

0

0

0

10.0

15.00.20mol·L－1(NH4)SO4

0

10.015.0

0

0起始浓度mol·L－1(NH4)2S2O8

KI

Na2S2O3

反应时间Δt/s

S2O82－的浓度变化Δc(S2O82－)/mol·L－1

反应速率v

表1浓度对反应速率的影响

第19页，共29页，2023年，2月20日，星期六实验编号12345lgνlgcS2O8

2-lgcI

-mn反应速率常数klgν=mlgcS2O8

2-

+

nlgc

I

-

+lgk

反应级数和反应速率常数的计算第20页，共29页，2023年，2月20日，星期六①KI（10.0mL）、Na2S2O3（8.0mL）、

KNO3（10mL）、淀粉溶液（2.0mL）混合于大烧杯(按表1实验4中的药品用量混合)②取20.0mL(NH4)2S2O8于小烧杯③大、小烧杯同时冰水浴，至0℃时，迅速混合、计时并不断搅拌。④当溶液刚出现蓝色时，记录反应时间。（此实验编号为6）同样方法在热水中进行高于室温10℃和20oC的实验。此实验编号记为7、8。

（二）温度对化学反应速率的影响

第21页，共29页，2023年，2月20日，星期六表2温度对反应速率的影响实

验

编

号678反应温度/℃

反应时间Δt/s

反应速率

将此3次实验数据和实验4的数据进行比较。第22页，共29页，2023年，2月20日，星期六①KI（10.0

mL）、Na2S2O3（8.0mL）、

KNO3（10mL）、淀粉溶液（2.0mL）混合于150mL烧杯(按表1实验4中的药品用量混合)②加入2滴Cu(NO3)2溶液，搅匀③迅速加入过二硫酸铵溶液，搅动、计时④与表1中实验4的反应速率定性地比较，结论：

（三）催化剂对反应速率的影响第23页，共29页，2023年，2月20日，星期六五、数据处理1、反应级数和反应速度常数的计算将反应速度表示式v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)两边取对数：lgv=mlgC(S2O82－)+nlgC(I-)+lgk

当C(I-)不变时，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，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=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)即可求得反应速度常数k。第24页，共29页，2023年，2月20日，星期六2、求反应的活化能反应速率常数k与温度T之间的关系为：

lgk=A-Ea/2.30RT

式中Ea为反应的活化能，R为气体常数，T为热力学温度。测出不同温度时的k值，以lgk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。

该反应的活化能理论值为51.8kJ·moL-1。

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。第25页，共29页，2023年，2月20日，星期六注意事项：按照1、严格合理顺序混合药品。2、取用药品要用专用量筒，不可混用。3、加入(NH4)2S2O8溶液的同时记录时间，按动