碘钟实验-反应级数与活化能之测定.doc

實驗16 碘鐘實驗反應級數與活化能之測定B88901127 林勁翰、實驗數據與結果（一） 初期反應速率法1. 反應時間測定編號0.20 MNaI(ml)0.20 MNaCl(ml)0.0050 MNa2S2O3(ml)2%澱粉(ml)0.10 MK2SO4(ml0.10 MK2S2O8(ml)反應時間(t）(sec)12.02.01.01.02.02.0777522.02.01.01.004.0373634.001.01.02.02.041392. 計算各反應物的起始濃度及試驗1、2、3的初速率：編號混合液中反應物起始濃度(M)平均時間t (sec)反應速率rate (M/sec)S2O32-S2O82-I-10.00050.020.0476.03.2910-620.00050.040.0436.56.8510-630.00050.020.0840.06.2510-63. 計算相對於S2O82-和I-的反應級數m與n。（以二位有效數字表示）4. 計算本實驗之速率常數。5. 寫出正確之速率定律式rate = (4.1510-3) S2O82-1.06 I-0.936. 自行設計實驗之取量預定變色時間：73 sec ；實測變色時間：73 sec試 劑預定取量(ml)試劑預定取量(ml)2% starch1.00.0050 M Na2S2O31.00.20 M NaI2.00.10 M K2S2O82.080.20 M NaCl2.00.10 M K2SO42.0Compared with sample 1 (let K2S2O8 = x):（二） 積分作圖法1. 反應時間測定：編號2%澱粉(ml)1.0 MNaI(ml)0.20 MNa2S2O3(ml)蒸餾水(ml)0.15 MK2S2O8(ml)平均液溫：28反應時間(t, sec)11.05.05.51.55.051021.05.04.52.55.037131.05.03.53.55.028041.05.02.54.55.019151.05.01.55.55.011061.05.00.56.55.0402. 在此六次試驗中，反應物（NaI、K2S2O8）之濃度均相同，僅是計時劑，Na2S2O3，用量不同。由於S2O32- = 2S2O82-，因此，當經時間t，反應液變色時（即溶液中計時劑Na2S2O3用盡，溶液呈現深藍色），溶液中剩餘之S2O82-，可由反應液內所加入之Na2S2O3的量來計算：(1) 由各瓶中所加Na2S2O3體積及濃度，計算S2O32-莫耳數。編號0.20 MNa2S2O3(ml)S2O32-之莫耳數15.55.50.20.001 = 1.110-324.54.50.20.001 = 0.910-333.53.50.20.001 = 0.710-342.52.50.20.001 = 0.510-351.51.50.20.001 = 0.310-360.50.50.20.001 = 1.010-4(2) 計算溶液中S2O82-之莫耳數。S2O82-之莫耳數 = 0.155.00.001 = 7.510-4 mol(3) 由S2O32- = 2S2O82-關係式，計算經時間t後，每瓶中S2O82-之剩餘量(mol)，並計算其濃度( M, mol/L)。編號S2O32-初始莫耳數AS2O82-初始莫耳數BS2O82-剩餘莫耳數B-A/211.110-37.510-42.010-429.010-47.510-43.010-437.010-47.510-44.010-445.010-47.510-45.010-453.010-47.510-46.010-461.010-47.510-47.010-4(4) 計算六次試驗之lnS2O82-及1/S2O82-。編號S2O82-lnS2O82-1/S2O82-12.010-4-8.5175000.0023.010-4-8.1123333.3334.010-4-7.8242500.0045.010-4-7.6012000.0056.010-4-7.4191666.6767.010-4-7.2641428.57(5)詳列以上各步算式並列表表示此一部份計算結果。編號S2O32-初始莫耳數S2O82-初始莫耳數S2O82-lnS2O82-1/S2O82-T(sec)11.110-37.510-42.010-4-8.5175000.0051029.010-47.510-43.010-4-8.1123333.3337137.010-47.510-44.010-4-7.8242500.0028045.010-47.510-45.010-4-7.6012000.0019153.010-47.510-46.010-4-7.4191666.6711061.010-47.510-47.010-4-7.2641428.57403. 分別以S2O82-、lnS2O82-、1/S2O82-（為Y軸）對時間t做圖。(1) S2O82-圖(2) lnS2O82-圖(3) 1/S2O82-圖4. 由3之結果，判斷此反應對反應物K2S2O8而言：反應級數：一級速率常數：2.710-3（三） 活化能之測定1. 反應時間測定編號1.0 MNaI(ml)0.20 MNa2S2O3(ml)0.15 MK2S2O8(ml) (sec)T()T(K) ln(1/t)1/T冰浴5.01.55.07130273.15-6.5693.6610-3室溫5.01.55.011028301.15-4.7003.3210-3溫水浴5.01.55.04240313.15-3.7383.1910-32. 由試驗5在室溫、冰浴及溫水浴三種溫度下的反應時間，以ln(1/t)（為Y軸）對1/T（為X軸）做圖，所得最小方差直線之斜率求此反應之活化能。3. 活化能：5917.18.314 = 49.2 KJ/mol（四） 催化劑1. 反應時間測定編號1.0 MNaI(ml)0.20 MNa2S2O3(ml)0.15 MK2S2O8(ml) 0.20 MCuSO4(aq)(drop)T() t(sec)*55.01.55.022835*55.01.55.00281102. 試由實驗結果，說明催化劑對反應速率之影響。由上面實驗結果可以清楚的看到，加入催化劑後反應時間縮短了，也就代表反應速率變快。這是因為催化劑藉由改變反應的機構，而降低其活化能，促使反應加快。至於步驟三中，提升溫度是使整體的動能增加，有更多高能的分子可以越過活化能這道門檻，而促使反應加速。這兩種效應是不同的。、實驗過程觀察及注意事項1. 再加入最後一樣反應物K2S2O8後，需搖晃錐形瓶幾秒使溶液混合均勻。不過這段時間不均態造成的速率不穩定是無可避免的誤差之一。2. 配置溶液完成後，應用瓶塞塞住瓶口備用。倘若使用不當，瓶塞也有可能造成污染，像是殘留在瓶塞上的K2S2O8，很有可能使溶液提前變色。因此，在搖晃錐形瓶時應避免上下搖動使溶液沾在瓶塞上。3. 測定活化能和溫度的關係時，我們很難確保系統的溫度恆定。溫水浴中反應極快，溫水冷卻造成的誤差還不算太大。至於放在冰水中，由於整體是固液共存態，溫度不穩定，若攪拌子攪得太快又會對系統作功加熱。這部分亦是避免不了的誤差。、問題與討論1. 說明本實驗反應產生深藍黑色的原因。答：本實驗反應方程式如下：S2O82- + 2I- 2SO42- + I22S2O32- + I2 2I- + S4O62-我們以S2O32-為定量試劑（計時劑）。故當S2O32-用完時，I2將與澱粉指示劑生成藍黑色的錯合物，使溶液變色。2. 為何實驗（一）的反應溶液中要加入NaCl及K2SO4溶液？而實驗（二）積分作圖法卻沒有添加？應不應該添加？答：已知離子強度會影響一物種之活性係數(activity coefficient, f)如下： （ZA為charge，A為水合離子A之有效直徑）而平衡常數 （aA = AfA）故會影響平衡物種之濃度分配，一般而言越大，f越小。故在實驗一