化学反应速率与活化能的测定..doc

《工程化学实验》教案 化学反应速率与活化能的测定 实验目的 了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。 测定（NH4）2S2O8与KI反应的速率、反应级数、速率系数和反应的活化能。 实验原理 （NH4）2S2O8和KI在水溶液中发生如下反应： S2O82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO42- (aq)+ I3-(aq) （1） 这个反应的平均反应速率为 = - = 式中： ── 反应的平均反应速率； ── 时间内的浓度变化； ， ── ，的起始浓度； ── 该反应的速率系数； ──反应物，的反应级数，为该反应的总级数。 为了测出在一定时间（）内S2O82-的浓度变化，在混合(NH4)2S2O8和KI溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生： 2S2O32- (aq) + I3－(aq) ══ S4O62-(aq) + 3I-(aq) （2） 由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I3－会立即与S2O32-反应生成无色的S4O62-和I-。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na2S2O3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。 由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S2O82- 就要消耗2 mol 的S2O32-，即 （S2O82-）= （S2O32-） 由于在时间内，S2O32-已全部耗尽，所以（S2O32-）实际上就是反应开始时Na2S2O3的浓度，即 －（S2O32-）= （S2O32-） 这里的（S2O32-）为Na2S2O3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na2S2O3的起始浓度都相同，因而（S2O32-）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间（），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率： === 按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得反应的总级数（α+β），再由求出反应的速率系数。 由Arrhenius方程得 式中：── 反应的活化能； ── 摩尔气体常数，= 8.314 J·mol-1·K-1 ; ── 热力学温度 求出不同温度时的值后，以对作图，可得一直线，由直线的斜率可求得反应的活化能。 Cu2+可以加快(NH4)2S2O8与KI反应的速率，Cu2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。 仪器、药品及材料 仪器：恒温水浴一台，烧杯（50ml）5个（标上1、2、3、4、5），量筒[10ml4个，分别贴上0.2mol·L-1(NH4)2S2O8，0.2mol·L-1KI，0.2mol·L-1KNO3，0.2mol·L-1(NH4)2SO4；5ml 2个，分别贴上0.05 mol·L-1Na2S2O3，0.2％淀粉]，秒表1块，玻璃棒或电磁搅拌器。 药品：(NH4)2S2O8（0.2mol·L-1），KI（0.2mol·L-1），Na2S2O3（0.05mol·L-1）, KNO3（0.2mol·L-1）, (NH4)2SO4（0.2mol·L-1）,淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3)2（0.02mol·L-1）。 实验步骤 浓度对反应速率的影响，求反应级数、速率系数 在室温下，按表1所列各反应物用量，用量筒准确量取各各试剂，除0.2mol·L-1(NH4)2S2O8溶液外，其余各试剂均可按用量混合在各编号烧杯中，当加入0.2mol·L-1(NH4)2S2O8溶液时，立即计时，并把溶液混合均匀（用玻璃棒搅拌或把烧杯放在电磁搅拌器上搅拌），等溶液变蓝时停止计时，记下时间和室温。 计算每次实验的反应速率，并填入表1中。 表1 浓度对反应速率的影响 室温：15℃ 实验编号 1 2 3 4 5 V[(NH4)2S2O8]/mL 10 5 2.5 10 10 V(KI)/mL 10 10 10 5 2.5 V(Na2S2O3)/mL 3 3 3 3 3 V(KNO3)/mL 5 7.5 V[(NH4)2SO4]/mL 5 7.5 V(淀粉溶液)/mL 1 1 1 1 1 C0(S2O82-)/(mol·L-1) C0(I-)/(mol·L-1) C0(S2O32-)/(mol·L-1) △t/s △C(S2O32-)/(mol·L-1) v/ （mol·L-1·s-1） k/[(mol·L-1)1-α-β·s-1] C0α（S2O82-） C0β（I-） 用表1中实验1、