《基础化学实验》化学反应速率与活化能的测定.doc

化学反应速率与活化能的测定【实验目的】1. 考察反应物浓度，反应温度及催化剂对反应速率的影响2. 学习反应级数的实验测定方法3. 通过化学反应速率的测定，计算反应的活化能【预习作业】1. 完整地写出本实验测定化学反应速率、活化能及影响化学反应速率因素的的实验流程图,并在流程中标注上测定的实验条件及保证实验准确度所采取的措施及缘由。2. 本方法还有改进的地方吗？极限性在那里？那些操作或实验条件会对实验结果有较大影响，那些可以忽略？3. 测定化学反应速率还有什么其他方法吗？能否借助仪器监控浓度与时间的变化关系？预习时通过查阅文献至少写出其中一种，并给出设计思路。【实验原理】在水溶液中(NH4)2S2O8氧化KI的反应如下： (NH4)2S2O8 + 2KI (NH4)2SO4 + K2SO4 + I2 或 S2O82- +2I- 2SO42- + I2 (1)在一定温度条件下，其反应的平均速率可以表示为： = = k S2O82-mI-n为了测定反应速率，我们必须测定在时间内S2O82-浓度的变化。我们用淀粉作指示剂。在过二硫酸铵与碘化钾两溶液混合前，先加入一定体积已知浓度的硫代硫酸钠溶液和淀粉溶液，由反应(1)释放的I2立即与Na2S2O3反应生成无色的S4O62-和I：2S2O3 2- + I2 = S4O62- + 2I (2)反应(2)的速率比反应(1)快得多。当Na2S2O3耗尽时，由反应(1)生成的I2立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。由反应(1)和(2)可知，S2O82-减少的量为S2O3 2-减少量的一半，所以S2O82- =由于在内Na2S2O3完全耗尽，所以S2O32-就是Na2S2O3的起始浓度。实验时，记录从反应开始到溶液出现蓝色所用的时间，由v = 求得反应速率。实验证明反应（1）的速率为：v = = k S2O82-mI-n对v = k S2O82-mI-n 两边取对数，可得： lg v = lgk + m lg S2O82- + nlgI-当I-不变时，用lg vlg S2O82-作图，得一直线，斜率m为相对于S2O82-的反应级数。同理当S2O82-不变时，以lg vlgI-作图，得一直线，其斜率n为相对于I-的反应级数。根据m、n可计算出反应（1）的总级数(m+n)。同样根据m和n，由速率方程式v = k S2O82-mI-n可求得一定温度下反应速率常数k。当浓度不变、温度变化时，根据Arrhenius公式 lgk = 温度对反应速率的影响可定量地描述。根据lgk =求得不同温度下的k值，以lgk作图，可以得一直线，由斜率()求出反应的活化能Ea。式中A为本反应的特征常数，R为气体常数，T为绝对温度，Ea为反应的活化能。【仪器与试剂】仪器：锥形瓶(50mL5)，量筒(10mL5)，吸量管(10mL5)，试管，温度计，秒表，水浴锅（或槽） 试剂：0.2molL-1 (NH4)2S2O8溶液，0.2molL-1KI溶液，0.01molL-1Na2S2O3溶液 0.2molL-1KNO3溶液，0.02molL-1Cu(NO3)2溶液，0.2molL-1 (NH4)2SO4溶液，0.2%淀粉溶液【实验步骤】1.浓度对化学反应速率的影响取四支10mL吸量管分别移取10.00mL 0.2molL-1KI溶液、7.50mL 0.2molL-1 (NH4)2SO4溶液, 4.00mL 0.01 molL-1Na2S2O3溶液和0.2%淀粉溶液2.00mL置50mL锥形瓶中，用另一支10mL吸量管取0.2molL-1(NH4)2S2O8溶液2.50mL，快速将(NH4)2S2O8溶液加到锥形瓶里，同时开启秒表，并不断摇动溶液，当溶液刚刚开始出现蓝色时，停表，记录反应所需的时间及反应温度。用同样的方法按表9-1完成其余2、3、4、5实验项的试验。通过表9-1的实验数据可计算出反应的平均速率。根据1组3组的数据作出lg v对lg S2O82-的曲线，从而求出相对于S2O82-的反应级数m，同理以3组5组的数据作出lg v对lgI-的曲线，得出I-的反应级数n。最后从以上的处理结果可求出反应速率常数k。-2.温度对化学反应速率的影响表9-2中的实验组1的数据实际就是表-15-1中的实验组2的数据。按表9-2数据，用四支10mL吸量管分别量取10.00mL 0.2 molL-1KI、5.00mL 0.2molL-1 (NH4)2SO4、4.00mL 0.01molL-1 Na2S2O3 和 2.00mL 0.2%的淀粉溶液于锥形瓶中，用另一支10mL吸量管移取5.00mL 0.2molL-1 (NH4)2S2O8溶液，将含溶液的锥形瓶和试管置恒温水浴加热，待温度升到高出室温10，将试管中的溶液加到锥形瓶中，同时开启秒表，并不断摇动锥形瓶，待溶液呈现蓝色，立即停表，记录反应所需的时间和温度。按同样的方法在高于室温20条件下，重复上述实验，记录时间和温度。3.催化剂对化学反应速率的影响Cu2+可以催化上述反应(1)，加入微量Cu2+可以使反应速率大大加快。按表15-2中实验序号4的试剂用量做实验，需注意的是在加(NH4)2S2O8溶液到锥形瓶前，先加2滴0.02molL-1Cu(NO3)2溶液。根据实验结果，请分别讨论浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。【数据记录与结果分析】表9-1 浓度对化学反应速率的影响 日期: 室温: 湿度： 实 验 序 号 12345试 剂用 量 /mL 0.2molL-1(NH4)2S2O82.505.0010.0010.0010.000.01molL-1Na2S2O34.004.004.004.004.000.2% 淀粉溶液2.002.002.002.002.00.2molL-1KI10.0010.0010.005.002.500.2molL-1KNO30005.007.500.2molL-1(NH4)2SO47.505.00000 /s(NH4)2S2O8 初/molL-1KI初/molL-1Na2S2O3 初/molL-1S2O82- /molL-1v= /molL-1s-1lgS2O82-lgI-lg vm （S2O82-反应级数）-n （I-反应级数）k = 速率方程2.温度对化学反应速率的影响表9-2 温度和催化剂对化学反应速率的影响日期: 室温 相对湿度 实 验 序 号1234温 度/室温室温+10室温+20室温+100.2 molL-1KI/mL10.0010.0010.0010.000.01molL-1Na2S2O3/mL4.004.004.004.000.2%淀粉溶液/mL2.002.002.002.000.2molL-1(NH4)2S2O8/mL5.005.005.005.000.2molL-1(NH4)2SO4/mL5.005.005.005.0