化学反应速度与活化能测定实验的微型化

化学反应速度与活化能测定实验的微型化崔维真摘要：对采用过儿硫酸铵与碘化钾反应测定化学反应速度和活化能的实验方法进行了微型化探究。把主要反应物用量降低至常规用量的1/10，进一步减少了Na2S2O3 的用量，并首次把淀粉指示剂的用量降至一滴.实验结果与常规法一致。 关键词：微型化学实验；化学反应速度；过二硫酸铵 中国分类号：O643.11 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn. 1674-2869.2011.07.045O 引言 沧州师范学院开展基础无机化学实验的微型化研究与实验较早，并一直致力于微型实验的教学改革，研究反应物的浓度和温度对反应速率的影响时，过二硫酸铵和碘化钾的反应是一个常用的经典反应。实验现象明显，但试剂用量大。由于用量筒做实验，学生实验结果误差也很大。该实验的微型化研究有相关报道。经笔者研究，减少药瓶用量，用微型注射器两区液体，反应器改为微型容量瓶进行实验，并进一步把指示剂淀粉的用量降到一滴，微型化测定过二硫酸铵与碘化钾的反应速率和活化能，取得了比较满意的结果。1 实验1.1 仪器的微型化 采用2.5mL 注射器代替常规实验的量筒量取液体，注射器最小度数为0.1mL 对其进行校正，符合实验要求。采用微型锥形瓶带起烧杯作为反应器。1.2 实验方案 减少主要反应物用量 测定浓度对反应速率的影响试机用量见表1，其中淀粉溶液的加入量为1滴，体积可以忽略不计，溶液总体积为4.5mL。 降低主要反应物浓度 以表1为基础，把反应物(NH4)2S2O8、KI、KNO3以及(NH4)2SO4的浓度降低为0.1mol/L，按表1用量进行实验。 减少Na2S2O3的用量 一表1 为基础调整 Na2S2O3的用量为0.2mL 进行实验。反应总体积为4.2Ml。 温度对反应速度影响及活化能测定 以表1 中实验编号IV的试剂用量，分别测定1.2.1和1.2.2中两种浓度反应物在不同温度下的反应速度。2 结果与讨论2.1 减少主要反应物用量，进行浓度对化学反应速度的影响及反应级数、速率常数的测定 按表1数据进行试验，数据按教材的方法处理，所得结果见表2.。利用Orgin绘图软件分别以lgv对lgS2O8 2-作图（即表2中实验I 、II、 III）以lgv对lgI-作图（即表2中的I、 IV、 V）得到图一和图二，为两条直线。直线的斜率分别为S2O82-和I-的反应级数m和n，即m=1,n=1,该反应为二级反应，与常规实验结果一致。该反应的速度方程为v=kS2O82-I-,代入表1和表2中的相关数据得到此温度下反应速度常数k的平均值为2.74103Lmol1s1.实验过程中，该方案重复性良好，实验结果理想。 2.2 浓度对化学反应速度的影响及反应级数、速率常数测定 按1.2.2的实验设计，实验数据及处理结果如表2.对比表2 结果，浓度减为原浓度一半时反应结果也很好，但反应时间增长。以lgv对lgS2O82作图得到图3，直线的斜率为1.表3 的数据表明，lgv对lgI作图结果与图3同，即m=n=1,经计算K的平均值为2.271033Lmol1s1。但实验用时大大增加，学生在等待溶液颜色变化时常出现视力疲劳，不利于观察，常有失误。且耗时太长，不利于学生对实验原理的理解。所以尽管药品量减少，但不建议推广。2.3 进行浓度对化学反应速度的影响及反应级数、速率常数测定 该实验中，Na2S2O3的用量直接影响着该反应的反应速度，在1.2.1和1.2.2的实验设计中，我们把Na2S2O3的用量减少至0.5mL，实验结果较好。于是我们尝试了进一步减小Na2S2O3的用量为0.2mL，溶液总体积为4.2mL。在室温为16时按表1中数据进行测试，平行了三份，时间分别为6.6S、6.1S、5.2S。实验用时太短，而且在后续温度对反应速度的影响实验时，学生捕捉溶液变蓝的时间有点困难，说明该浓度太小，实验中不能应用。2.4 温度对反应速度影响及活化能测定 根据1.2.4的实验计划，实验数据的处理结果如表4和表5所示。分别以lgk对1/T作图，得到图4和图5均为一条直线，符合阿伦尼乌斯公式。且由图4和图5的直线斜率计算出的活化能分别为50.4kJmol1、52.1 kJmol1，与文献值51.8 kJmol1的相对误差分别为-2.7、0.6，不超过10，完全符合实验要求。同时表4 和表5 数据显示，反应温度没升高10K速度常数为原来的两倍，符合范特霍夫实验方程。与2.2的分析相同，表5中的测定时间过长，不建议在学生中应用该方案。3 结语通过以上分析，在日常教学中，可以对化学反应速度和活化能测定实验进行微型化处理。本课题中的实验方案：(NH4)2S2O8、KI、KNO3以及(NH4)2SO4（浓度均为0.2mol/L）的用量为常规剂量的十分之一，Na2S2O3（浓度为0.01mol/L）用量为0.5mL，0.5淀粉1滴，2.5mL注射器做取液器，微型锥形瓶做反应器，我们在实验中已经应用，实验效果令人满意，提高了实验的准确度，大大减少了药品用量，减少了污染。参考文献1王新中，赵新华。基础无机化学实验微型化的探讨。河北师范大学学报，1995，1995（4）：83-85.2张红香，崔维真。浅谈化学实验教学中学生实验能力和创新能力的培养。沧州师范专科学校学报，2002，25（3）：85。3崔维真，叶霞，刘长霞，等。微型化学实验与学生能力研究能力培养。沧州师范专科学校学报，2009，25（3）：92-934田云奎，崔维真.化学发光实验3例。内蒙古名族大学学报，2009，15（4）：137-138.5许绍权，林妙佳。化学反应速度和活化能测定的改进及微型化学实验研究。华南师范大学学报，1992（2）：68-716霍文，段漓童，刘正猛。过二硫酸铵与碘化钾反应速率测定的微型化实验。华北煤炭医学院学报，2007，9（5）：649-6507吴衍荪，林彬，李秀玉，等。过二硫酸铵与碘化钾反应速度和活化能测定方法的微型化探究。天津师大学报：自然 科学版 ，1992，（2）：83-868北京师范大学。化学基础实验。北京：高等教育出版社，2004：178-182 The Micro-miniaturization of determining chemical reaction rate and activation energyCUI Wei-zhen, GUO Lin-lin, ZHANG Hong-xiang, WANG Li-xia TIAN Yun-kui(Department of Chemistry and Enviromental Science,Cangzhou Tachers College,Cangzhou 061000,China)Abstract:The experiment of determination of chemical reaction rate and activation energy by the reaction of ammonium persulfate and kalium iodide was studied with the method of microscale chemical experiment. Major reagent consumption in the miniature experiment was only 1/10 of that in a conventional one. The quantity of Na2S2O3 was decreased and the amount of amylum was only 1 drop . The results were consistent with those by the commonlyused method