碘钟反应实验报告

碘钟反应2012301040010杨平一、实验目的1．掌握“碘钟”反应的原理。学会运用“碘钟”反应设计动力学实验的方法。2．测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数．反应级数和反应活化能.二、实验原理在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应：TOC\o"1-5"\h\zSO2-+3I-=2SO2-+1- （1）28 4 3为了能够测定一定时间（At）内S2O82-浓度的变化量，在混合过二硫酸铵、碘化钾溶液的同时加入一定体积已知浓度并含有淀粉（指示剂）的Na2S2O3溶液，在式（1）进行的同时，有下列反应进行：2SO2-+1-=SO2-+3I- （2）23 3 46反应（2）进行得非常快，而反应（1）却缓慢得多，故反应（1）生成的【3-立即与S2O32-作用生成无色的S4O62-和I-,因此反应开始一段时间内溶液无颜色变化，但当Na2S2O3耗尽，反应（1）生成的微量碘很快与淀粉作用，而使溶液呈现特征性的蓝色。由于此时（即At）S2O32-全部耗尽，所以S2O82-的浓度变化相当于全部用于消耗Na2S2O3。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可作为反应初速的计量。由于这一反应能显示自身反应进程，故称为“碘钟”反应。1、反应级数和速率常数的确定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：—d[S2°訂]=k[SO2-]讥I-]n （3）dt 28在测定反应级数的方法中，反应初速法能避免反应产物的干扰求的反应物的真实级数。如果选择一系列初始条件，测得对应于析出碘量为A[I2]的蓝色出现的时间At,则反应的初始速率为：d[SO2-]d[I-]A[I-]— 2—8=L= 3—dt dt At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A[I-] 2A[I-] 2A[SO2-]3= 2_3At At根据(3)(4)(5)可知，2A[SO2-]2 3At=k[SO2—]m[I—]n28(5)(6)移项，两边取对数可得ln丄=lnAln丄=lnAtk2A[SO2-]23+mln[SO2-]+nln[I-]28(7)因而固定[I—|，以山丄对ln[SO2—]作图，根据直线的斜率即可求出m;固定[SO2—],At 28 28同理可以求出n。然后根据求出的m和n，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数k。2、反应活化能的确定根据Arrhenius公式

六．数据处理与分析In—与ln[SO2-]的关系见表3。At 28表3inAt与％行］的关系数据表序号[SO2-]浓度(mol/L)28时间At/sln[SO2-]28In丄At10.08025.88-2.526-3.253520.04051.62-3.219-3.943930.020101.09-3.912-4.6160根据表3的数据作图，见图1。图1inAt与1n%行］关系图由图1可知m=1.009In丄与［I-］的关系见表4。At表4inA；与［1-］的关系数据表序号[I-]浓度(mol/L)时间At/sln[I-]In丄At10.08025.88-2.526-3.258340.04052.22-3.219-3.955550.020102.72-3.912-4.6320

根据表4的数据作图2。图2.In｝与［I—］的关系图At由图2知n=1.0215.2反应速率常数的测定我们根据(6)式可知，知道m,n这样就可以计算出反应速率常数k的值了。表5反应速率常数k的测定(21.0°C条件下)序号12345(NH)SO溶液浓度(mol/L)0.0800.0400.0200.0800.0804 2 2 8KI溶液浓度(mol/L)0.0800.0800.0800.0400.020NaSO溶液浓度(mol/L)cc q0.00160.00160.00160.00160.0016时间At/s25.8851.62101.0952.22102.72反应速率常数k0.02080.02100.02160.02100.0216反应速率常数k的平均值0.0212同理可以计算25C和31C时反应速率常数k。表625C和31C时反应速率常数k序号25C31C(NH)SO溶液浓度(mol/L)0.0800.080KI溶液浓度(mol/L)0.0800.080NaSO溶液浓度(mol/L)c c c0.00160.00162 2 3时间At/s21.8415.97反应速率常数k0.02470.0338

5.3反应活化能的测定计算得1T与k的关系如表7所示:表71T与k的关系表序号温度T/°C1T速率常数kInk1294.150.003400.0212-3.8542298.150.003350.0247-3.7013304.150.003290.0338-3.387作lnk和1/T的关系图-3.3,-34Equationy=a-3.3,-34Equationy=a+■WeightNoWeightiResidualSumofe O.OD233Pearson'g「■0.&3964Adj.R-Squa0.95878ValueStandardE-CInterceptSlope10.65325-42730032.07516199&37CLinearFitofSheetlC-3.5图3lnk和1/T的关系图由(8)式可知Ea=8.314*4273=35・53KJ/mol5.4反应结果的表达：.反应级数：测得［S2O82-］的反应级数m=l・009,［I-］的反应级数n=1.021，总的反应级数m+n=2.030.反