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利用数字化实验研究硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响因素 　　摘要：利用色度计和温度传感器，研究温度、反应物浓度等对硫代硫酸钠与硫酸反应速率的影响。实验数据显示，温度每升高10K该反应速率提高1.28～1.86倍，且不同温度区间温度对速率的影响程度不同。实验数据还显示，硫代硫酸钠和硫酸的浓度变化对于反应速率的影响程度并不相同，这可能与反应分步进行有关。 　　关键词：色度计；温度传感器；反应速率；硫代硫酸钠 　　文章编号：1008-0546（2013）02-0090-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B 　　doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2013.02.036 　　一、问题提出 　　硫代硫酸钠与硫酸的反应是高中化学教学中研究温度对化学反应速率影响的重要实验之一。在实际教学中，常在反应器底部垫一张画有十字的白纸，通过观察生成的硫单质沉淀使十字完全看不见所需要的时间来判断反应的快慢。但这样的判断往往因人而异，没有量化的数据。而应用色度计和温度传感器，可以很好地解决这一问题。 　　此外，能否在教学中用该实验介绍浓度对反应速率的影响，不同反应物浓度的变化对反应速率的影响是否一致？笔者也用色度计和温度传感器进行了研究。 　　二、实验原理与设计 　　1.实验反应方程式 　　Na2S2O3+H2SO4[=]Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O 　　2.温度对反应速率的影响 　　大多数化学反应速率随温度升高而增加。范特霍夫曾总结出一条近似规律：温度每升高10K，反应速率变为原来的2～4倍。范特霍夫规则可用于对反应速率的粗略估算，但适用范围有限。阿仑尼乌斯提出了一个较为精确地描述反应速率常数与温度关系的经验公式： 　　k=A·e 　　式中k为速率常数，A为指前因子，Ea为反应的活化能。速率常数是单位浓度下的反应速率，速率常数越大的反应，反应速率越快。由阿仑尼乌斯公式可知，温度对反应速率的影响与反应的活化能大小和反应的温度区间有关。 　　3.色度计原理 　　色度计可测量溶液的透光率 （T），相当于一台简易的分光光度计。它通过滤光片发出一定波长的平行光，当一束平行光通过比色皿中均匀的溶液介质时，光的一部分被吸收（It），一部分被透过（Io）。通过比对透射光强度与发射光强度，即可得到透光度T（T= It/ Io）。根据朗伯比尔定律，溶液的吸光度（A）与吸光物质的浓度 （c）和吸收层厚度（b）的乘积成正比，且等于透光率倒数的对数： 　　吸光度 A = lg（1/T）= Kcb （K为比例常数） 　　本实验中生成的硫为颗粒极小的悬浮物，在溶液中分布均匀，当生成硫的量不断增加时，透射光强度逐渐减少，吸光度 （A）与生成硫的量成正比，可以据此确定反应速率。本实验采用稀释法获取一组不同浓度的溶液，将装有溶液的容器在恒温电磁搅拌器上加热保温，获得不同温度的溶液，然后取一定量溶液在比色皿中混合反应，并用实时数据采集软件记录反应过程。 　　三、实验过程 　　1. 仪器与药品 　　Vernier 色度计（COL-BTA型），Venier温度传感器（TMP-BTA），Vernier LabPro数据采集器，数据采集软件（Logger Pro 3.8.5.1），比色皿，滴管，量筒（10 mL），恒温磁力搅拌器。 　　硫代硫酸钠溶液，硫酸溶液。 　　2. 实验步骤 　　（1）如装置图1所示连接各装置，接好数据采集器外接电源，打开数据采集软件。 　　（2）色度计用蒸馏水校准，并取硫代硫酸钠与硫酸混合液样品寻找最大吸收波长，经实测效果验证，选用吸收波长为430 nm。 　　（3）将0.025 mol/L硫代硫酸钠和0.025mol/L硫酸放置在恒温搅拌器上水浴保温。分别取60、50、40、30、20℃下溶液各2mL，在比色皿中混合，放入色度计内并记录数据。（每0.25s读取1个数据，采集时间300s，下同）。 　　（4）将0.1mol/L硫酸与0.05、0.025、0.0125mol/L硫代硫酸钠各2mL，在比色皿中混合，放入色度计内并记录数据。 　　（5）将0.05mol/L硫代硫酸钠与0.05、0.025、0.0125mol/L硫酸各2 mL，在比色皿中混合，放入色度计内并记录数据。 　　四、实验数据记录与分析 　　1.温度对于反应速率的影响 　　2 mL 0.025mol/L硫代硫酸钠与2 mL 0.025mol/L硫酸混合，分别在60℃（a）、50℃（b）、40℃（c）、30℃（d）、20℃（e）下反应的吸光度（A）随时间变化曲线如图2所示。 　　显然，不同温度下，反应达到相同吸光度所需要的时间是不同的。选取吸光度（A）为0.5和0.7为观察点，定义相应吸光度与达到所需时间的