化学反应速率及活化能的测定实验报告

1.概述　

化学反应速率用符号J或ξ表示，其定义为：

J=dξ/dt　　　　　 （3-1）

ξ为反应进度，单位是mol，t为时间，单位是s。所以单位时间的反应进度即为反应速率。

dξ=v^-1_Bdn_B　　　　　 （3-2）

将式（3-2）代入式（3-1）得：

J=v^-1_Bdn_B/dt

式中n_B为物质B的物质的量，dn_B/dt是物质B的物质的量对时间的变化率，v_B为物质B的化学计量数（对反应物v_B取负值，产物v_B取正值）。反应速率J总为正值。J的单位是mol·s^-1。

 

根据质量作用定律，若A与B按下式反应：

aA＋bB→cC＋dD

其反应速率方程为：

J=kc_a（A）c_b（B）

k为反应速率常数。

a＋b=n

n为反应级数。n=1称为一级反应，n=2为二级反应，三级反应较少。反应级数有时不能从方程式判定，如：

2HI→I₂＋H₂

看起来是二级反应。实际上是一级反应，因为

HI→H＋I（慢）

HI＋H→H₂＋I（快）

I＋I→I₂（快）

反应决定于第一步慢反应，是一级反应。从上述可知，反应级数应由实验测定。

反应速率的测定

测定反应速率的方法很多，可直接分析反应物或产物浓度的变化，也可利用反应前后颜色的改变、导电性的变化等来测定，如：

 

可通过分析溶液中Cl^-离子浓度的增加，确定反应速率，也可利用反应物和产物颜色不同，所导致的光学性质的差异进行测定。从上式还可以看到，反应前后离子个数和离子电荷数都有所改变，溶液的导电性有变化，所以也可用导电性的改变测定反应速率。概括地说，任何性质只要它与反应物（或产物）的浓度有函数关系，便可用来测定反应速率。但对于反应速率很快的

 

本实验测定（NH₄）₂S₂O₈（过二硫酸铵）和KI反应的速率是利用一个

 

在水溶液中，（NH₄）₂S₂O₈和KI发生以下反应：

 

这个反应的平均反应速率可用下式表示

 

 

（NH₄）₂S₂O₈溶液和KI溶液混合时，同时加入一定体积的已知浓度的Na₂S₂O₃

 

反应：

 

记录从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间Δt。由于在Δt时间内

 

 

式中，｛k｝代表量k的数值。

 

可求得反应速率常数k。

根据阿伦尼乌斯公式：

 

 

率等于－E_a/2.303R，通过计算求出活化能E_a。　

2.实验目的　

（1）掌握浓度、温度及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、反应速率常数及反应的活化能。

（3）初步练习用计算机进行数据处理。　

3.实验内容　

（1）实验浓度对化学反应速率的影响

在室温下，取3个量筒分别量取20ml 0.20mol·L^-1 KI溶液、8.0ml 0.010 mol· L^-1 Na₂S₂O₃溶液和 4.0mL　 0.2％淀粉溶液，均加到150mL烧杯中，混合均匀。再用另一个量筒取 20mL0.20mol· L^-1（NH₄）₂S₂O₈溶液，快速加到烧杯中，同时开动秒表，并不断搅拌。当溶液刚出现蓝色时，立即停秒表，记下时间及室温。

用同样的方法按照表3-1中的用量进行另外4次实验。为了使每次实验中的溶液的离子强度和总体积保持不变，不足的量分别用0.20mol·L^-1 KNO₃溶液和0.20mol·L^-1（NH₄）₂SO₄溶液补足。

表3-1　 不同浓度时平均反应速率

 

用表中实验Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的数据作图求出a，用实验Ⅰ，Ⅳ，Ⅴ的数据作图求出b，然后再计算出反应速率常数k。

（2）温度对化学反应速率的影响

按表3-1实验Ⅳ中的用量，把KI，Na₂S₂O₃，KNO₃和淀粉的混合溶液加到150mL烧杯中，把（NH₄）₂S₂O₈溶液加到另一个烧杯中，并将两个烧杯放入冰水浴中冷却。等烧杯中的溶液都冷到O℃时，把（NH₄）₂S₂O₈溶液加到KI混合溶液中，同时开动秒表，并不断搅拌，当溶液刚出现蓝色时，记下反应时间。

在10℃，20℃和30℃的条件下，重复上述实验。将结果填于表3-2中。用表3.2的数据，以lg｛k｝对1/T作图，求出反应（1）的活化能。

表3-2不同温度时平均反应速率

 

（3）催化剂对反应速率的影响

在 150mL烧杯中加入10mL 0.20mol·L^-1KI溶液，4.0mL淀粉溶液，8.0mL 0.010mol·L^-1 Na₂S₂O₃溶液和10mL 0.20mol·L^-1 KNO₃溶液，再加入1滴0.02mol·L^-1　 Cu（NO₃）₂溶液。搅拌均匀，然后迅速加入20mL 0.20mol·L^-1（NH₄）₂S₂O₈溶液，搅拌，记下反应时间，并与前面不加催化剂的实验进行比较。

4.思考题　

（1）通过上述实验总结温度、浓度、催化剂对反应速率的影响。

（2）上述反应中，溶液出现蓝色是否反应终止？

另外，实验数据的处理，除了用方格纸作图并进行计算外，还可以利用计算机进行数据处理。计算机处理实验数据的程序及使用说明如下：　

帮助文件　

使用说明：　

1.打开与选择菜单　

（1）按F10键即可激活顶层菜单，然后使用方向键（→，←）选择顶层菜单项，按回车（Enter）键即可打开所选择的菜单。使用热键（Alt＋菜单上加亮的字母）即可快速地打开该字母所对应的菜单。

（2）打开菜单后即可使用方向键（↑，↓）选择菜单项，选中后按回车键即可执行此菜单项。打开菜单后，按菜单项中加亮的字母也可以执行该菜单项。使用热键（菜单项后部提示的组合键）即可快速地执行对应的菜单项。

（3）当一个菜单项处于灰色时，表示该菜单项当前不可使用，必须进行一些前备工作后才可以使用。

（4）任何时候当选择“OK”或“确认”即表示确认本次操作。选择Cancel或“取消”即表示取消本次操作。　

 

第二篇：2-1-1化学反应速率

第六章化学反应速率化学平衡

第一节 化学反应速率

【教学目的】

1、了解化学反应速率的概念及表示方法；

2、、初步学会用化学反应速率的简单计算；

3、了解影响化学反应速率的条件。

【教学重点】

化学反应速率的概念及表示方法。

【教学难点】

化学反应速率的概念的理解。

【学法指导】

化学反应速率要求学生掌握速率计算，速率的影响因素，其中影响因素建议同学通过实验探究达到掌握的目的。改变固体、纯液体的量不能影响反应速率。

【教学过程】

[引入]各种化学反应进行的快慢不同。有的反应进行得极快，如炸药爆炸；有的反应进行得很慢，如石灰石溶洞形成的反应；有的反应不用催化剂也进行得很快，如酸碱中和反应，有的不作用催化剂则进行得非常慢，如氮气和氢气合成氨气。

[观察与思考]进行下列实验，观察并比较两个反应放出氢气的快慢。

    取两支试管，各加入5mL 0.5mol/L盐酸，再剪取相同大小的镁条和铁片，用砂纸打磨后，分别放入两支试管中。

[小结]上述实验中，镁与盐酸反应放出氢气显然比铁要快，我们如何来表示化学反应的快慢呢？

[板书]一、化学反应速率

1、概念：是衡量化学反应快慢的物理量。

2、表示方法：用单位时间内反应物浓度的减少或生成物浓度的增加来表示。

单位：mol·（L·s）^-1 或mol·(L·min) ^-1。

3、公式：

【例1】在一定条件下，一份双氧水样品经过2h，H₂O₂的浓度从5×10^-2mol·L^-1下降到3×10^-2mol·L^-1。双氧水样品在这2h中分解的平均速率是多少？

[解析] v(H₂O₂) =（5×10^-2mol·L^-1－3×10^-2mol·L^-1）/120min = 1.67×10^-4 mol·(L·min) ^-1

【例2】在一体积固定的密闭容器中加入反应物A、B，发生如下反应：A + 2B = 3C 。反应经2min后，A的浓度从开始时的1.0mol·L^-1下降到0.8mol·L^-1。 已知反应开始时B的浓度是1.2mol·L^-1，求：

（1）2min末B、C的的浓度。

（2）以单位时间内A的浓度的减小来2min内该反应的平均速率。

[活动与探究]完成下列实验，分析影响过氧化氢分解反应速率的因素。

【实验1】取两支大试管，各加入5mL4%的过氧化氢溶液（即双氧水），分别滴入几滴洗涤剂，将其中一支用水浴加热，观察并比较两支试管中发生的变化。

【实验2】取两支大试管，各加入5mL4%的过氧化氢溶液，用药匙向其中一支试管内加入少量二氧化锰粉末，分别滴入几滴洗涤剂，观察发生的变化。

【实验3】取两支大试管，分别加入5mL4%、5mL12%的过氧化氢溶液，再各加入几滴0.2mol·L^-1氯化铁溶液，观察气泡产生的快慢。

[板书]二、影响化学反应速率的因素：

1、内因：化学反应速率的大小首先取决于反应物的性质（这是最本质的原因）。

2、外因：外界条件（即反应物的浓度、反应的温度和压强、加入催化剂等）。

（1）反应的温度越高，反应速率越大；

（2）反应物的浓度越大，反应速率越大；

（3）加入催化剂能显著增大反应速率；

（4）其它……。

[问题解决]应用化学反应速率有有关知识解释下列问题。

（1）氢气能在氧气中安静地燃烧，点燃氢气和氧气的混合气体为什么会发生爆炸？

（2）燃烧含硫矿石（如黄铁矿）制备SO2气体时，要把矿石粉碎成颗粒状，在沸腾炉中鼓入强大空气流，把矿粒吹得剧烈沸腾。

（3）一小块白磷露置于空气中，一段时间后会突然燃烧。

（4）工业上用氮气和氢气合成氨要使用催化剂。

2、为了研究碳酸钙与稀盐酸反应的反应速率，某同学通过测定反应中生成的CO₂气体体积随时间变化的情况，绘制出图2-1所示的曲线。请分析讨论以下问题。

 

（1）在O～t₁、t₁～t₂、t₂～t₃各相同的时间段里，反应速率最大的是       时间段，收集到气体最多的是        时间段。

（2）试分析三个时间段里，反应速率不同的可能原因（该反应是放热反应）。

（3）在t₄后，为什么收集到的气体的体积不再增加。