loading
物理化学实验报告
实验题目：实验十二
Ag+
催化S2-2O8与Cr3＋
反应的动力学
班级: 学号： 姓名： 组员：
实验日期：2008年12月2日
1．实验目的
1.1 验证反应的速率方程式 1.2 测定反应的速率常数
1.3 掌握测量原理及分光光度计的正确使用
2．实验原理
Ag2Cr3??3S2O82??7H2O????Cr2O72??6SO42??14H? （1）
?根据Ag+例子溶液与S2O82-离子混合，会慢慢形成黑色沉淀，而当Cr3+存在沉淀不出现，推测反应（1）可能按以下两步进行:
1???SO42??Ag2??SO4? （2） S2O82??Ag????kk2k1???3SO42??3Ag??14H??Cr2O72? （3） 3Ag2??2Cr3??3SO4??7H2O???k2 根据动力学推断，反应（1）的速率由第一步控制，因此其速率方程可写为：
d[S2O82?]d[Cr2O72?]3d[Cr3?]v?????3 （4） dt2dtdt?k[S2O82?]n1[Ag?]n2[Cr3?]n3本实验将证明反应对Cr3+是零级，即n3 = 0，对S2O82-和Ag+是一级，即n1 = n2 = 1，而反应的总级数n = 1 + 1 = 2。
本实验采用721型分光光度计直接观测溶液的吸光度（即[Cr3+]浓度）随时间变化率来探索上述反应的动力学规律。
让反应在准零级下进行，因[Ag+ ] = [Ag+ ]0 ，「S2O82-」0 》「Cr3+」(大约15～20倍即可)。速率表示式（4）就变为：
v=-3d[Cr3+]/2dt=k[S2O82-]n1[Ag+]n2[Cr3+]0n3≈k[S2O82-]0n1[Ag+]0n2[Cr3+]n3 （5） 下标o表示这些物种的出事浓度。测定这些条件下[Cr3+]随时间的变化率，并将[Cr3+]对时间t作图，所得直线的斜率即为：d[Cr3+]/dt。
为了验证上述反应的速率方程，必须测定相对于S2O82-，Ag+ 和Cr3+的分级数n1,n2,n3。
2-+3+2-例如测定S2O8分级数，可保持两次实验Ag 和Cr 的初始浓度相同，而改变S2O8的初始
浓度，由式（5）可得：v 2/v1 =（d[Cr3+]02/dt）/（d[Cr3+]01/dt）=[S2O82-]02n1/[S2O82-]01n1 （6） n1 =lg（v 2/v1 ）/lg（[S2O82-]02/[S2O82-]01） （7）
+3+
同理可求Ag 和Cr的级数n2, n3。根据式（5）由级数n1, n2 ，反应速率v及[S2O82-]0, [Ag+ ]0
可求出速率常数。
根据Laber-Beer定律，式（5）可改写为：
v=-3d[Cr3+]/2dt=-3dA/2dtεl （8） k=-3dA/2dt[S2O82-]0 n1[Ag+ ]0 εl （9）
式中A ，ε ，l分别为在一定波长下的吸光度、摩尔吸光系数、比色池的光径长度。
离子强度对液相离子间反应速率是有影响的。根据离子强度计算公式，加入一定量的KNO3，使离子强度相等： I =(1/2)ΣciZi2 （10） 式中ci为离子浓度（mol L-1）, Zi为 i离子电荷。
3.实验装置
721型分光光度计（上海精密仪器有限公司）
4.实验条件
4.1环境条件： 室温T=21.0℃，溶液温度：19.2℃
4.2仪器药品： 磨口试管（6只）
移液管（1 ml，2 ml ，10 ml ） 比色皿
溶液K2S2O8（0.15 mol L-1） AgNO3溶液（0.60 mol L-1 ） Cr2 (SO4)3溶液（0.20 mol L-1） KNO3溶液（0.45 mol L-1） K2Cr2O7（0.01 mol L-1）
5．实验步骤
5.1启动721型分光光度计电源，并对其进行调零和校正吸光度0.00。
3+
5.2 Cr工作波长的测定。 5.2.1 Cr3+吸收曲线的测定
在洁净的磨口试管中准确移入1.0 ml Cr3+溶液和25 ml 二次蒸馏水，充分摇匀混合，然后用该溶液洗涤洁净的比色皿（厚度的选择应尽量使所有吸光度读数在0.1-0.7范围内）三次，最后将此溶液倒入比色池中，测定Cr3+溶液在500-600 nm的范围吸收曲线。再取2.0mlCr3+溶液和3.0 ml Cr3+溶液做同样操作 5.2.2 K2Cr2O7吸收曲线的测定
测定K2Cr2O7溶液在500-660 nm的范围吸收曲线。 5.2.3 Cr3+工作波长的确定
根据Cr3+吸收曲线和K2Cr2O7吸收曲线，确定Cr3+工作波长，并在该波长下测定其摩尔吸光系数。
5.3在室温下测定四种不同浓度溶液的反应速率： 5.3.1空白液配制
加入20 ml K2S2O8溶液，再加水到25 ml。用此空白液对分光光度计进行调100% 5.3.2反应液配制
对3号实验组进行尝试，以判断所加Ag+浓度，配制下表中所示的溶液。
表1 四种不同反应液的配制
V/ mL
序号
K2S2O8 Cr2(SO4)3 AgNO3 H2O
1
2 3 4 5（空白）
20 10 20 20 20
2 2 2 1 0
2 2 1 2 0
1 待定 2 2 5
注：反应液配好后应及时测定，否则长时间放置，即使不加AgNO3催化剂，反应也会
慢慢进行，影响测量结果。
5.3.3动力学曲线测定
对3号实验组进行尝试，移取需要量的AgNO3溶液放入上述装有K2S2O8溶液、Cr2(SO4)3
溶液和蒸馏水的试管中，当放入一半时开始计时，摇匀，用此溶液洗涤比色池三次，每隔2 min左右测一次吸光度(或吸光度变化0.020左右记录一次时间)，直到溶液的吸光度和开始时相差0.2左右。
6．实验数据及其结果
6.1数据记录
表2 Cr3+工作波长的测定
波长λ（nm） Cr3+吸光度() K2Cr2O7的吸光度
500 0.109 0.050 520 0.146 0.031 540 0.216 0.024 560 0.281 0.022 580 0.323 0.022 600 0.309 0.021 620 0.244 0.020 640 0.178 0.020
表3 对表1中3号组的尝试
时间t(min) C1 (Ag)=0.60mol/L C2(Ag+)=0.30mol/L C3(Ag+)=0.15mol/L
0 0.551 0.579 0.639 2 0.526 0.562 0.630 4 0.508 0.551 0.620
+
表4 四种不同反应溶液测定
时间t（min）
0
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
吸光度A1 0.476 0.428 0.398 0.388 0.368 0.349 0.347 0.301 0.276 0.267 0.249 0.227 0.214
吸光度A2 0.793 0.774 0.768 0.763 0.758 0.746 0.741 0.728 0.708 0.699 0.691 0.673 0.669
吸光度A3 0.226 0.205 0.183 0.168 0.155 0.143 0.139 0.136 0.133 0.124 0.112 0.101 0.093
吸光度A4 0.398 0.375 0.354 0.331 0.312 0.298 0.276 0.255 0.237 0.215 0.201 0.189 0.164
表中C(Ag+)=0.60mol/L;波长λ=580nm；b=1cm;室温：21.0℃；溶液温度：19.2℃