化学反应速率与活化能的测定

（实验报告及数据处理）

实验目的

1．了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。

2．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

1.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℃

用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式求出各实验的，填表。

由图可知直线斜率分别为α≈1 β≈1 ，所求反应级数为α+β=2

2.温度对反应速率的影响，求活化能

按表1中实验1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃和15℃的温度下进行实验。这样就可测得这三个温度下的反应时间，并计算三个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入表2中。

表2 温度对反应速率的影响

利用表2中各次实验的和T，作lg｛k｝-T-1图，求出直线的斜率，进而求出反应（1）的活化能

=直线斜率×-2.303R 由图可求K=2.879 进而求的=55.12

3.催化剂对反应速率的影响

在室温下，按表1中实验1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol·L-1Cu(NO3)2溶液[为使总体积和离子强度一致，不足10滴的用0.2mol·L-1(NH4)2SO4溶液补充]。

表3 催化剂对反应速率的影响

将表3中的反应速率与表1中的进行比较，你能得出什么结论？

思考题

1.若用I-（或I3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则和是否和用S2O82-的浓度变化表示的一样？

2.实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？

洛阳理工学院作业

B110602

 

第二篇：化学反应速率与活化能的测定实验报告

化学反应速率与活化能的测定实验报告

姓名_______ 班级_______ 试验时间_______

第__室__号位  指导教师_______

实验目的

1．了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。

2．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

1.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℃

用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式求出各实验的，填表。

 2.温度对反应速率的影响，求活化能

按表1中实验1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃和15℃的温度下进行实验。这样就可测得这三个温度下的反应时间，并计算三个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入表2中。

表2 温度对反应速率的影响

利用表2中各次实验的和T，作lg｛k｝-T-1图，求出直线的斜率，进而求出反应（1）的活化能3.催化剂对反应速率的影响

在室温下，按表1中实验1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol·L-1Cu(NO3)2溶液[为使总体积和离子强度一致，不足10滴的用0.2mol·L-1(NH4)2SO4溶液补充]。

表3 催化剂对反应速率的影响

将表3中的反应速率与表1中的进行比较，你能得出什么结论？

思考题

1.若用I-（或I3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则和是否和用S2O82-的浓度变化表示的一样？

2.实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？