化学国家级实验教学示范中心 Northwest University 基础化学实验I（无机化学与化学分析实验） 化学反应速率与活化能的测定

实验技能训练要点 1、浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响 ----首次训练 2、利用作图法处理实验数据----首次训练 1、浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响 ----首次训练 2、利用作图法处理实验数据----首次训练 3、恒温水浴锅的使用----首次训练 4、量筒、温度计和秒表的使用----巩固练习

一、实验目的 二、实验原理 三、仪器和药品 四、实验内容 五、思考题

实验目的 浓度 温度 催化剂 1、进一步掌握浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。 2、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，并计算反应级 数、反应速率常数和表观活化能。 3、学会使用作图法处理实验数据。 浓度 温度 催化剂

实验原理 在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应： S2O82－＋3I－＝2SO42－＋I3－ （1） K —— 为反应速度常数 该反应的反应速率可近似为： （1） K —— 为反应速度常数 v —— Δt 时间内反应的平均速率 -Δ(S2O82－) —— Δt 时间内S2O82－离子减少的浓度 [S2O82－]和[I－] —— S2O82－和I－离子的起始浓度 m和n —— 决定反应的级数（此反应中均为1 ）

为了测定在一定时间间隔Δt内S2O82－离子浓度的改变值,可以加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和作为指示剂的淀粉溶液。这样，还会进行反应： 2S2O32－＋I3－＝S4O62－＋3I－ （2） 该反应进行得很剧烈，几乎可以瞬间完成。故反应（1）生成的碘将立即与S2O32－离子作用，生成无色的S4O62－和I－离子。因此在反应初始阶段，看不到碘与淀粉作用而显示出的特征蓝色，但是一旦Na2S2O3耗尽，反应（1）生成的碘就立即与淀粉作用，使溶液显现蓝色；因此，蓝色的出现即标志反应（2）完成，也就是Na2S2O3 全部耗尽。

S2O82－＋3I－＝2SO42－＋I3－ (1) 2S2O32－＋I3－＝S4O62－＋3I－ (2) 比较反应式（1）和（2），S2O82－离子浓度减少量恰为S2O32－离子浓度减少量的一半，即 而从反应开始到蓝色出现这段时间Δt内，S2O32－离子浓度的改变量Δ(S2O32－)实际上就是Na2S2O3的起始浓度。

在本实验中，每份混合溶液只改变 (NH4)2S2O8和KI的浓度，而Na2S2O3的起始浓度是相同的，因此到蓝色出现时已耗去的S2O82－或S2O32－(即Δ(S2O3))也都是相同的。这样只要记下从反应开始到蓝色出现所需要的时间(Δt)，即可求算出在各种不同反应物浓度下的反应速度v，进而求算出反应级数m和n以及反应速度常数k。

根据阿仑尼乌斯公式可知，以不同温度的lgk对1/T作图， 所得直线的斜率为： 因此，由斜率可求得反应的活化能Ea。

仪器和药品 温度计（273K-373K） 秒表 KI (0.20 mol·L-1 ) Na2S2O3 (0.01mol·L-1 ) (NH4)2S2O8 (0.20mol·L-1 ) (NH4)2SO4 (0.20 mol·L-1) KNO3 (0.20mol·L-1 ) 淀粉溶液 0.2%

实验内容 注入溶液 搅拌混合 计时 继续下一组实验 结果记录

实验步骤 序号 一.浓度对化学反映速度的影响 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 试 剂 用 量 ml 20.0 10.0 5.0 8.0 2.0 0.0 0.20mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液 20.0 10.0 5.0 0.20 mol·L-1 KI溶液 0.01mol·L-1 Na2S2O3溶液 8.0 0.2%淀粉溶液 2.0 0.20mol·L-1 KNO3溶液 0.0 15.0 0.20 mol·L-1 (NH4)2SO4溶液

2、温度对化学反应速度的影响 按上表Ⅳ中的用量，把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150mL烧杯中，把(NH4)2S2O8溶液加到另一个50mL烧杯中。将它们同时放在冰水浴中冷却，待两烧杯中的溶液均冷却到室温以下10℃时，把(NH4)2S2O8迅速加到KI等混合液中，同时记时并不断搅拌；当溶液刚出现蓝色时，记录反应时间，此为实验Ⅵ。 在比室温高10℃和15℃的条件下，重复上述实验操作，记录反应时间。此依次为实验Ⅶ和Ⅷ。

3、催化剂对化学反应速度的影响 按上表实验Ⅳ中的用量，把KI、Na2S2O3、KNO3和淀粉溶液加到150mL烧杯中，再加入1滴0.02M Cu(NO3)2溶液，搅匀；然后迅速加入(NH4)2S2O8溶液，搅拌、记时。此为实验Ⅸ。 将1滴0.020 mol·L-1 Cu(NO3)2溶液改成2滴和3滴分别重复上述实验，记时。此依次为实验Ⅹ和Ⅺ。 根据测得结果，进行数据处理。

思考题 1、在向KI、淀粉和Na2S2O3混合溶液中加 入 (NH4)2S2O8时，为什么越快越好？ 先搅拌后计时，对实验结果各有何影响？ 3、本实验都是用溶液体积来表示各反应用 量的，为什么加入各试剂时不用移液管或 滴定管，而用量筒？ 参考文献 [1] 刘小忠. 化学反应速率实验的优化[J]. 实验科学与技术, 2008,3,39-41 [2] 曹葵，陈瑞芝，牛桓云. 影响化学反应速率因素实验的改进[J]. 化学教学, 2009, 1, 15-16