碘钟反应的动力学和热力学参数的测定完整实验报告.docx

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 一、 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。2、掌握碘钟反应过程及其原理。二、简要实验原理在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应1： (1)我们事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生的少量的会优先和反应而被还原成： (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，这样从反应开始到出现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： (3)根据(1)式中的反应计量关系，可以认为： (4)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 (5)根据(3)(4)(5)可知， (6)移项，两边取对数可得 (7)因而固定，以对作图，根据直线的斜率即可求出；固定，同理可以求出。然后根据求出的和，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数。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，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以对作图，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；50mL烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只；0.20M溶液；0.20M溶液；0.01M溶液；4%淀粉溶液；0.20M溶液；0.20M溶液。四、实验内容1、反应级数和速率常数的测定按照表1所列数据将每组的溶液、溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀，溶液、溶液和溶液放入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溶液/mL10.05.02.51010.00.20M溶液/mL10.010.010.05.02.50.01M溶液/mL4.04.04.04.04.00.4%淀粉溶液/mL1.01.01.01.01.00.20M溶液/mL0005.07.50.20M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下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间并记录，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(NH4)2S2O8浓度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI浓度(mol/L)0.080.080.080.040.02Na2S2O3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 /203040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/t与ln(S2O2-8)关系数据表序号(S2O2-8)浓度时间t/sln(S2O2-8)Ln1/t10.08026.91-2.52573-3.292520.04057.54-3.21888-4.0524830.020116.15-3.91202-4.75488有计算机做出Ln1/t与ln(S2O2-8)关系图得：由图可知：Ln1/t=1.0548ln(S2O2-8)-0.6377,其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为(S2O2-8)的反应级数。（I-）反应级数的测定Ln1/t与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：由图可知：Ln1/t=1.04122 ln（I-）-0.6504.其中相关系数r=0.99827.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根据公式 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)2S2O8浓度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI浓度(mol/L)0.080.080.080.040.02Na2S2O3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k0.023680.0230070.0236770.0245670.02368K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：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, 则由此计算出的活化能为Ea=4781.48*8.314=39.752kJ/mol.七、实验结果讨论1、温度对实验的