课程名称:无机化学实验
实验项目:化学反应速率和活化能的测定
实验六化学反应速率和活化能的测定——Chemlab软件模拟
一、实验目的
1、 了解虚拟化学实验室Corel Chemlab软件的功能和使用。
2、 模拟氧化-还原反应过程,推导反应速率方程并计算反应的活化能,研究浓度和温度对化学反应速率的影响。
二、实验原理
Corel ChemLab是一款免费软件,在化学实验中主要有以下功能:
(1)提供30多个预设实验;(2)提供化学活动课的基本实验和气体实验平台;(3)可做自主设计性、探究性的实验;(4)提供常见化学分子的三维演示;(5)提供各化学元素的基本信息。
双击Corel ChemLab可执行文件图标,进入Corel ChemLab虚拟化学实验室界面,图1为实验室界面,包含以下主要内容:
图1 Corel ChemLab实验界面
(1)实验操作台。中间是实验操作台,台上有烧杯、酸度计、滴定管和水龙头;台下面有四个实验柜,里面放有备用烧杯和一些化学药品。当鼠标移动到这些器具上,指针变成手形状时,点击便可使用它们。使用烧杯时,右键点击烧杯会出现一个菜单,上面有“装料”、“显示体积”、“快流”或 “慢流”等操作,可装入溶液、显示溶液体积和控制溶液的倒出速度。
(2)壁橱。右后方墙壁上有一个四层壁橱,从上向下依次放有电炉和电子称;实验指导书、防护眼镜和滴管;五瓶酸碱指示剂,分别是酚酞,百里酚蓝,甲基橙,甲基紫和溴酚蓝;放射物检测仪。用鼠标点击或者拖拽可以使用它们或者将它们移动到实验台上。
(3)其他内容。墙壁上还有温度计和元素周期表;地上有废液回收瓶和冰浴槽;最左边有“退出”按钮,最右边有“菜单”按钮和“气体实验室”按钮。用鼠标点击就起作用,操作非常方便。
化学动力学主要研究化学反应的速率,研究反应条件(例如浓度、压力、温度、催化剂等)与反应速率的关系,揭示反应机理,是化学学科的重要组成。动力学实验需要严格监测反应时间和反应过程,由于观察反应终点和手动计时的误差较大,实验结果不理想。采用计算机模拟不仅能提高准确度,还能通过数据处理获得更直观的动力学相关参数。本实验利用Corel chemlab软件模拟氧化-还原反应体系的反应过程,研究反应速率的影响因素、计算反应速率常数和活化能等参数。通过实例分析该软件在化学动力学实验中的应用特点,为其在化学信息化方面的应用提供理论依据。
点击“菜单”,从中选择“实验”——“动力学实验”即开始做动力学实验,以软件预设的过二硫酸盐与碘离子的氧化还原反应为例,化学反应方程式为:
以淀粉为指示剂,溶液呈蓝色,为了测出一定时间内S2O82-浓度的变化,在反应溶液内加入一定量的S2O32-,先生成的I2被它还原,则溶液不显色,当S2O32-反应完,多余的I2又使溶液变蓝。S2O32-减量是S2O82-减量的2倍,溶液由无色变为蓝色所用的时间就是反应时间。实验中,S2O82-和I-的初始浓度均为0.20mol/L,S2O32-溶液的浓度为0.02mol/L。
三、实验仪器和试剂
计算机、corel chemlab软件
四、实验步骤
(1)向反应烧杯中加入20℃5.00ml S2O82-溶液和1.00mlS2O32-溶液,加入1滴淀粉指示剂。向另一个空烧杯中加入5.00ml I- 溶液,快速倒入反应烧杯,并开始计时。观察反应烧杯中溶液颜色的变化,等颜色由无色变为蓝色时停止计时,记录反应时间。
(2)S2O82-溶液加入等量水稀释,重复(1)步骤,记录反应时间。
(3)I-溶液加入等量水稀释,重复(1)步骤,记录反应时间。
(4)反应溶液加入等量水稀释。向反应烧杯中加入20℃5.00ml S2O82-溶液和1.00mlS2O32-溶液,再加入11.00ml水和1滴淀粉指示剂。然后再与5.00ml的 I- 溶液迅速混合,并开始计时直到溶液颜色由无色变为蓝色时停止计时,记录反应时间。
(5)反应溶液加入3倍体积水稀释。20℃向反应烧杯中加入5.00ml S2O82-溶液和1.00mlS2O32-溶液,再加入33.00ml水和1滴淀粉指示剂。然后再与5.00ml的 I- 溶液迅速混合,并开始计时直到溶液颜色由无色变为蓝色时停止计时,记录反应时间。
(6)升高反应温度。向反应烧杯中加入5.00ml S2O82- 溶液和1.00ml S2O32- 溶液,加入1滴淀粉指示剂。混合液体加热到40℃时,迅速加入5.00ml的 I- 溶液,并开始计时直到溶液颜色由无色变为蓝色时停止计时,记录反应时间。
(7)降低反应温度。向反应烧杯中加入5.00mlS2O82- 溶液和1.00mlS2O32- 溶液,加入1滴淀粉指示剂。把混合液体放到冰水浴中,温度降至1℃时,迅速加入5.00ml的 I- 溶液,并开始计时直到溶液颜色由无色变为蓝色时停止计时,记录反应时间。
五、数据记录及处理
通过实验1~3可以推导反应速率方程,实验1、4和5可以研究浓度对反应速率的影响,实验1、6和7可以研究温度对反应速率的影响,并结合阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式计算反应的活化能。所得实验数据记录在表1。
(1)反应速率方程
S2O82-与I-反应的速率方程可写为
其中= S2O82-,= I-,把实验1~3的数据代入公式中,得到方程组:
解得= ,= ,k= 。所以反应速率方程为
表1 动力学实验数据记录
(2)活化能
不同温度的反应速率常数之比可用下式来表示:
将不同温度的数据代入上式和阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式:
计算出该反应的活化能约为 kJ/mol,与理论值56.7 kJ/mol相比,相对误差为 。
(3)温度和浓度与反应速率的关系
由碰撞理论可知,当反应体系的温度升高时,单位体积内活化分子数增多,从而增加单位体积内的有效碰撞次数,反应速率加快、反应时间缩短。从表1的反应时间数据可以看出,当温度升高20K时,反应时间缩短为原来的 。
同样,当反应物的浓度减小时,单位体积内反应分子数减少,从而引起单位体积内的有效碰撞次数减少,反应速度降低、反应时间延长。实验1、4和5的结果进一步证实了这一理论。
六、思考与讨论
Corel ChemLab是模拟实验仿真软件,用户在计算机上按一定的事件和逻辑完成与实际相似的实验步骤,以达到实验的目的。以上模拟动力学实验的结果表明,该软件能对实验原理、实验设备仪器的使用方法、实验现象和实验进程进行全程模拟,而且操作简单、现象明显,使用者能够全面熟悉实验的原理和目的,对实验的预习和复习非常实用。
实验室不便于操作或者观察的实验,用Corel ChemLab模拟,学生可以重复操作,加深印象,也避免了冗长的实验过程,节省仪器、试剂和能量的消耗,安全无污染,符合现在提倡的化学实验走向绿色化学的思想。
化学反应速率教学反思铁岭市第二高级中学化学反应速率的概念及计算依然是重点内容而影响化学反应速率的因素在新教材中只介绍了催化剂和温度…
化学反应速率教学反思新课程里的教学难易程度一直是很难把握的本节课化学反应速率的概念及计算是重点内容而影响化学反应速率的因素在新教材…
化学反应速率教学反思新课程倡导以quot主动参与乐于探究交流与合作quot为主要特征的学习方式这是广大教师课堂教学中所要积极探索的…
高一化学化学反应的速率教学反思看了有关化学反应速率的视频后有很大的感触对于自己在教学上有一定的促进作用在进入本课堂的内容之前老师先…
年度工作目标1、认真履行教务干事的岗位职责,热爱本职工作,努力完成职责所规定的任务。2、讲团结、讲奉献,宽以待人、严以律己,相互合…
万瑞圣湖上城7#楼工程基础验收施工总结一、工程概况本工程位于重庆市万州区申明北路,建筑面积:23595.63㎡。结构类型:框剪结构…
20xx年桃花小学城市少年宫工作总结我校在市教育局的领导下,认真贯彻落实上级部门关于建设城市少年宫的指示精神,积极进行教育改革和教…
乡镇文化站工作总结今年以来,在乡党委、政府的正确领导下,在县文化旅游局的关心指导下,紧紧围绕乡党委中心工作,以服务基层,丰富广大人…
冯家镇第二小学庆祝教师节系列活动总结在第二十四个教师节到来之际,我校以此作为重要的教育契机,组织全校师生开展了“感恩在心,回报于行…