落尽梨花
实验十： 化学反应速率与活化能
一、实验目的
1．试验浓度、温度与催化剂对化学反应速率的影响。
2．测定过二硫酸与碘化钾反应的反应速率，并计算反应级数、反应速率常数及反应的活化能。 二、实验原理
在水溶液中，(NH4)2S2O8（过二硫酸铵）和KI发生以下反应：
S2O82?＋3I－ = 2SO42?＋I3－ (1) 这个反应的平均反应速率可用下式表示：
v = －?[S2O82? ] / ?t = k [S2O82? ]m[I－]n
式中v为平均反应速率，?[S2O82? ]为?t时间内S2O82?的浓度变化，[S2O82? ]和[I－]分别为S2O82?与I－的起始浓度，k为反应速率常数，m加n为反应级数。一个反应的级数必须由实验测定，一般不能从化学方程式的系数推断。
为了测定?t时间内S2O82?的浓度变化，在将(NH4)2S2O8溶液和KI溶液混合的同时，加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉溶液。这样在反应(1)进行的同时，还发生以下反应：
2S2O32? ＋ I3－ = S4O62?＋3I－ (2)
反应(2)的速度比反应(1)快得多，所以由反应(1)生成的I3－立即与S2O32?作用，生成了无色的S4O62? 和I－。但是一旦S2O32? 耗尽，反应(1)生成的微量I3－就立即与淀粉溶液作用，使溶液显蓝色。
从反应式(1)和(2)可以看出，S2O82?减少1摩尔时，S2O32?则减少2摩尔，即： ?[S2O82? ] = ?[S2O32? ] / 2
记录从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间?t 。由于在?t 时间内S2O32?全部耗尽，所以由Na2S2O3的起始浓度可求?[S2O82? ]，进而可以计算反应速率－?[S2O82? ]/?t。
对反应速率表示式v = k [S2O82? ]m[I－]n的两边取对数，得 lgv = cm3g [S2O82? ] ＋ nlg [I－] ＋ lgk
当[I－]不变时，以lgv 对lg[S2O82? ]作图，可得一直线，斜率即为m。同理，当[S2O82? ]不变时，以lgv对lg[I－]作图，可求得n。
求出m和n后，再由k = v/ ( [S2O82? ]m[I－]n)，求得反应速率常数k。
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反应速率常数k与反应温度T一般有以下关系：
lgk = lgAEa / ( 2.30RT ) (3)
式中Ea为反应的活化能，R为气体常数，T为绝对温度。测出不同温度时的k值，以lgk对1/T作图，可得一直线。由直线斜率（等于－Ea /2.30R）可求得反应的活化能Ea。 三、实验物品
温度计（0～100℃） 计时器（秒表） 水浴，量筒：20cm3、10cm3、5cm3 烧杯：150cm3 玻棒 KI (NH4)2S2O8 KNO3 (NH4)2SO4 (0.20 mol·dm?3)
Na2S2O3 (0.010 mol·dm?3) Cu(NO3)2 (0.02 mol·dm?3) 淀粉溶液 (0.2%) 四、实验内容
1．试验浓度对化学反应速率的影响；求反应级数
在室温下，用三个量筒分别量取20cm3、0.20 mol·dm?3 KI溶液，8.0cm3、0.010 ol·dm?3 Na2S2O3溶液和4.0cm3、0.2%淀粉溶液，都加到150cm3烧杯中，混合均匀。再用另一个量筒量取20cm3、0.20 mol·dm?3 (NH4)2S2O8溶液，快速加到烧杯中，同时开动秒表，并不断搅拌。当溶液刚出现蓝色时，立即停秒表。记下时间及室温。
用同样的方法按照下表中的用量进行另外四次实验。为了使每次实验中的溶液的离子强度和总体积保持不变，不足的量分别用0.2 mol·dm?3 KNO3溶液和0.20 mol·dm?3 (NH4)2SO4溶液补足。
试 剂 用 量 表
0.20 mol·dm?3 (NH4)2S2O8 (aq) 试 剂 用 0.2% 淀粉溶液 量 /cm 3实 验 序 号 I II III IV V 20 20 8 4 0 0 10 20 8 4 0 10 5 20 8 4 0 15 20 10 8 4 10 0 20 5 8 4 15 0 0.20 mol·dm?3 KI (aq) 0.010 mol·dm?3 Na2S2O3 (aq) 0.20 mol·dm?3 KNO3 (aq) 0.20 mol·dm?3 (NH4)2SO4 (aq) 算出各实验中的反应速率v，并填入实验报告的表中。
用下表中实验I、II、III的数据作lgv～lg[S2O82? ]图，求出m；用实验I、IV、V的
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数据作lgv～lg[I－]图，求出n。
求出m和n后，再算出各实验的反应速率常数k，把数据与计算结果填入实验报告中。 2．试验温度对化学反应速率的影响；求活化能
按下表实验IV中的用量，把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150cm3烧杯中，把(NH4)2S2O8
溶液加在另一个烧杯中。并把它们同时放在冰水浴中冷却。等烧杯中的溶液都冷却到比室温低10℃时，把(NH4)2S2O8加到KI混合溶液中，同时开动秒表，并不断搅拌。当溶液刚出现蓝色时，立即停秒表。记下反应时间。
比室温高10℃和20℃的条件下，重复以上实验。这样就可以得到四个温度下的反应时间。算出四个温度［(t －10)℃、室温t℃、(t ＋10)℃、(t ＋20)℃］下的反应速率及速率常数，把数据及计算结果填入实验报告中。
用各次实验的lgk对1/T作图，求出反应(1)的活化能。 3．试验催化剂对反应速率的影响
Cu(NO3)2可以使(NH4)2S2O8氧化KI的反应加快。
按下表中实验IV的用量把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150cm3烧杯中，再加入1滴0.02 mol·dm?3 Cu(NO3)2溶液，搅匀，然后迅速加入(NH4)2S2O8溶液、搅拌、记时。将1滴Cu(NO3)2溶液改成2滴和3滴，分别重复上述试验。把结果填入实验报告的表中。把实验的反应速率与试验2中室温下的反应速率进行比较，得出结论。
五、思考题：
1、数据处理.
2、总结浓度、温度与催化剂对化学反应速率的影响结果. 3、分析产生误差的原因？
P120:【实验习题参考答案】
1、不相同。在一定温度下，若用不同物质的浓度变化来表示反应速率时，反应速率常数k的数值往往不同，即速率常数之比等于反应方程式中各物质的计量系数之比。
2、确定反应级数的方法有积分法、尝试法和作图法。本实验用作图法求得。积分法和尝试法在物理化学课程中学到。
3、用阿仑尼乌斯公式的定积分公式可计算出活化能，再与作图法求得的活化能数值比较。
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4、
v＝kc2NO2co2 ； pv = nRT ；p=cRT ；
c＝pRT 速度v是原来的三倍。
5、
2v＝kcA＝k(p2)RT （1）
lgv＝lgk＋2lgpRT （2）
由（2）式数据，以
lgv对2lgp作图，得一条直线，其截距为lgk。RT
?y?yv＝v＝?x 或者，作p-t图,求出1?x和2由（1）式知，
v1＝k1(p12p)v2＝k2(2)2k1和k2。 RT；RT ；代入v1和v2两点处的压力即可求得则速率常数
【作图指导】
k＝k1＋k22。k≈0.0012kPa.S-1
（1）坐标变量要按代数值由小到大的顺序，合理地反映在坐标轴上，坐标轴上的数据不一定从零开始，只要把所测到的数据合理的反映在坐标轴上即可。
?y（2）求m、n和k时，图中要标出?x的值。
六、实验习题：
1、根据化学反应方程式，是否能确定反应级数？用本实验的结果加以说明
答：不是。只有基元反应的化学方程式才能确定反应级数，象本实验中：K2S2O8+3KI=2K2SO4+KI3的反应级数为2而非4
2---2、若不用S2O8，而用I或I3的浓度变化来表示反应速度，则反应速度常数K是否一样？
2--2--答：是不一样的，S2O8与I3是1：1而S2O8与I3的计量比为1：3，
又lgυ=2lg[S2O8]始+常数，α、β是定值，它们不变，υ=K[S2O8][I]，故I的改变，K也回发生变化。
3、实验室中为什么可以由溶液中出现蓝色的时间长短来计算反应的速度?反应溶液出现蓝色后,反应是
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2-
α-β-
否就终止了?
2--2--
答: S2O8+3I=2SO4+3I3? （1）
2--2--
2 S2O3 + I3 = S406 + 3 I? （2）
反应(1)进行很慢,而反应(2)几乎瞬间就可以完成。因此，在相同的时间内
2??[S2O8]?12--2??[S2O3] 当S2O3 反应完后，生成的I3 遇淀粉变蓝色，通过测定这段时间t，根2据 V?2?2???[S2O8]?[S2O3] 即可求出v.此时，反应并未终止。 ???t2?t4、用阿累尼乌斯公式计算反应的活化能，并与作图法得到的值，进行比较。
-1-1
答：公式计算所得值为51.36KJ2mol ，作图法得到的活化能为51.36KJ2mol 。 5、下列操作对实验结果有何影响？
（1） 取用七种试剂溶液前，多用滴管未洗干净。 （2） 先加(NH4)2S2O8溶液，最后加KI溶液。 （3） 没有迅速连续加入 (NH4)2S2O8溶液。 （4） 本实验 (NH4)2S2O8的用连过多或过少。 答：（1）多用滴管未洗干净，引入杂质，也使实际用量减少。
2- （2）由于(NH4)2S2O8 水解呈酸性，与Na2S2O3 反应，从而使[S2O3] 减小，反应时间缩短，从而反映速度偏大。
（3）影响反应时间
（4）用量过多，会使(NH4)2S2O8 的浓度过大，从而影响反应速度；用量过少，实验现象不明显。
实验注意事项
本实验对试剂有一定的要求。碘化钾溶液应为无色透明溶液，不宜使用有碘析出的浅黄色溶液。过二硫酸铵溶液要新配制的，因为时间长了过二硫酸铵易分解。如所配制过二硫酸铵溶液的pH小于3，说明该试剂已有分解，不适合本实验使用。所用试剂中如混有少量Cu2+、Fe3+等杂质，对反应会有催化作用，必要时需滴入几滴0.10mol2L EDTA溶液。
在做温度对化学反应速率影响的实验时，如室温低于10℃，可将温度条件改为室温、高于室温10℃、高于室温20℃三种情况进行。
若提前配制Na2S2O3,可加少量Na2CO3作稳定剂。
反应中的搅拌速度对反应时间也有影响,搅拌 的越快,反应时间越短。同一组实验,要用同一 种速度搅拌。
为使实验测得的数值更准确，（NH4）2S2O8必须 最后加入，且要一次性快速加入。
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