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反应速度常数和活化能的测定
实验二:反应速度常数和活化能的测定
一、实验目的:
1.了解物理化学中反应速度常数和活化能的测定方法;
2.测定过硫酸铵与碘化钾反应的反应速度常数和活化能。
二、实验原理:
本实验是用过硫酸根离子和碘离子的氧化还原反应为例来测定反应速度常数k和活化能E。其反应机理是
因此,总的化学反应方程是
其申慢反应(7-1)是总的反应速度的控制步骤。所以上述反应的动力学方程是
如果在反应体系申碘离子是过量的,则
把(17-5)式代入(17-4)式,得一级动力学方程
假设用a表示反应前过硫酸根离子的浓度,用x表示经过时间t以后己经起反应的过硫酸根离子的浓度。定积分后(17-6)式变为
当反应进行到过硫酸根离子的浓度减少了四分之一时,即x,即
因此,求反应速度常数可归结为t1/4的测定。另外,根据阿累尼乌斯方程
把(7-7)式代入(17-8)式可得
其中E为反应活化能。因此,反应活化能的求法可归结为测定不同温度条件下的t1/4。
三、仪器与试剂
恒温槽1套;秒表1块,100mL大试管4支,5mL、lOml移液管各1支; 2Oml移液管2支,KI溶液(0.5mol/L);(NH4)2S208溶液0.01mol/L;Na2S203溶液0.01molol/L;0.5%淀粉溶液。
四、实验步骤:
取100mL大试管作为反应器,把20mL 的0.5mol·L-l碘化钾溶液和lOmL 的0.005mol·L-1硫代硫酸钠溶液都倒入反应器里。另取lOOmL 大试管,内装20mL 的lO-2mol·L-l过硫酸铵溶液(1)和5mL的0.5% 淀粉溶液(1),然后把过硫酸铵溶液倒人反应器里,搅拌,同时记下时间。当透明无色的反应物开始呈现蓝色时(2),记下时间,便测得室温下的t1/4的数据。利用(17-7)和(17-5)式求反应速度常数k1和k2。
取1000mL烧杯,里面放三分之二的温水,使其水温T,略高于室温五度左右(3)。在这温水里再做所述的实验测得T,,和t,1/4。用(l7-9)式求反应活化能E。
五、数据处理:
计算反应速度常数k1和k2
计算反应活化能E。反应活化能文献值Ea=50.2lKJ/mol,计算相对误差
六、主释:
所用的溶液都要新配制的。
在反应物里,由于发生碘的还原反应
因此,要经过t1/4的时间之后,硫代硫酸根离子才耗尽。析出来的碘和淀粉起作用使反应体系呈蓝色。
(3)做高于室温的实验时,把装好药品的两个大试管都放在恒温槽中恒温五分钟以上,再做实验。
七、思考题:
1.造成实验误差的主要因素有哪些?
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