试验三化学反应速率与活化能的测定

1、实验化学反应速率与活化能的测定一、实验目的1 .了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。2 .测定(NH4)2s2O8与KI反应的速率、反应级数、速率系数和反应的活化能。二、实验原理(NH4)2S2O8和KI在水溶液中发生如下反应：S2O82-(aq)+3I-(aq)=2SO42-(aq)+I3(aq)(1)这个反应的平均反应速率为2.v=-Lc(；83=kc:(S2O82Lc(I-)式中：v反应的平均反应速率；c(S2082nI_t时间内S2O82一的浓度变化；c(S2O82)c(l-)S2O82一，I邙勺起始浓度；k该反应的速率系数；3 ，P反应物S2O82-,I的反应级数，W+P)为

2、该反应的总级数。为了测出在一定时间(t)内S2O82-的浓度变化，在混合(NH4)2S2O8和KI溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na2s203溶液和淀粉，这样在反应(1)进行的同时，还有以下反应发生：2s2O32-(aq)+I3(aq)4OS2-(aq)+3I-(aq)(2)由于反应(2)的速率比反应(1)的大得多，由反应(1)生成的I3一会立即与S2O32-反应生成无色的S4O62-和I-。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na2s2O3一旦耗尽，由反应(1)生成的微量I3一就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。由反应(1)和(2)的关系可以看出，每消耗1molS2O82-

3、就要消耗2mol的S2O32-,即c(S2O82-)=lc(S2O32-)2由于在Dt时间内，S2O32-已全部耗尽，所以c(S2O32-)实际上就是反应开始时Na2s2O3的浓度，即-_C(S2O32-)=Co(S2O32-)这里的Co(S2O32-)为Na2s2O3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na2s2O3的起始浓度都相同，因而c(S2O32-)也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间(Dt),就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：-口c(S2O82-)匚c(SA2-)cMSA")v=一it=一寸t=2ita和3,进而求得反应的总级按照初始速率法

4、，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数求出反应的速率系数数(a+$,再由k=由Arrhenius方程得Ea2.303RT式中：Ea反应的活化能;R摩尔气体常数，R=8.314Jmol-1K-1T热力学温度1 Ea求出不同温度时的k值后，以lgk对一作图，可得一直线，由直线的斜率a一可求得反应的活化能E。aCu2+可以加快(NH4)2S2O8与KI反应的速率，Cu2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。三、仪器试剂仪器：恒温水浴一台，烧杯(50ml)5个(标上1、2、3、4、5),量筒10ml4个，分别贴上0.2molL-1(NH4)2S2O8,0.2molL-1KI,0.2mo

5、lL-1KNO3,0.2molL-1(NH4)2SO4；5ml2个，分另贴上0.05molL-1Na2s2。3,0.2%淀粉,秒表1块，玻璃棒或电磁搅拌器。药品：(NH4”S2O8(0.2molL-1),KI(0.2molL-1),Na2s2。3(0.05molL-1),KNO3(0.2molL-1),(NH4”SO4(0.2molL-1),淀粉溶液(0.2%),Cu(NO3)2(0.02molL-1)。四、实验步骤1 .浓度对反应速率的影响，求反应级数、速率系数在室温下，按表1所列各反应物用量，用量筒准确量取各各试剂，除0.2molL-1(NH4)2S2O8溶液外，其余各试剂均可按用量混合在

6、各编号烧杯中，当加入0.2molL-1(NH4)2S2O8溶液时，立即计时，并把溶液混合均匀(用玻璃棒搅拌或把烧杯放在电磁搅拌器上搅拌)，等溶液变蓝时停止计时，记下时间t和室温。计算每次实验的反应速率V,并填入表1中。表1浓度对反应速率的影响室温：15c实验编号12345V(NH4)2S2O8/mL1052.51010V(KI)/mL10101052.5V(Na2s2O3)/mL33333V(KNO3)/mL57.5V(NH4)2SO4/mL57.5V(淀粉溶液)/mL11111Co(S2O82-)/(molL-1)Co(I-)/(molL-1)Co(S2O32-)/(molL-1)t/sC(

7、S2O32-)/(molL-1)v/(molL-1s-1)k/(molL-1)1-"-'s-1Co"(S2O82-)Co3(I-)用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求吟用实验1、4、5的数据，求出v再由公式k=0lr求出各实验的k,并把计算结果填入表1中。ca(S2O82-fcP(I")3,再求出(a+$；2 .温度对反应速率的影响，求活化能按表1中实验1的试剂用量分别在高于室温5C、10c和15c的温度下进行实验。这样就可测得这三个温度下的反应时间，并计算三个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入表2中。表2温度对反应速率的影响实验编号T/Kt/sv/(molL-1s-1)k/(moll-1)1-s-1lgkL(K-i)T1678利用表2中各次实验的k和t,作lgk-1/T图，求出直线的斜率，进而求出反应(1)的活化能Eao3 .催化剂对反应速率的影响在室温下，按表1中实验1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02molL-1Cu(NO3)2溶液为使总体积和离子强度一致，不足10滴的用0.2molL-1(NH4)2SO4溶液补充。表3催化剂对反应速率的影响实验编号91011加入Cu(NO3)2溶液(0.02molL-1)的滴数1510反应时间ts