实验7 化学反应速率与活化能
一、实验目的
1.了解实验原理，测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，计算反应级数、反应速率常数及反应的活化能；
2.掌握浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响； 3.学习实验数据的处理方法。 二、实验原理
在水溶液中，(NH4)2S2O8和KI发生以下反应：
S2O82- + 3I- → 2SO42-+ I3- (1)
这个反应的平均反应速率可用下式表示:
2-
∆c(S2O8)2-v==kca(S2O8)cb(I-)
∆t
式中Δc(S2O82-)为Δt时间内S2O82-浓度的变化,a、b为反应级数，k为反应速率常数。为了测定(NH4)2S2O（过二硫酸铵）和KI反应的速率，也就是测定一定时间间隔Δt内S2O82-8
浓度的变化Δc(S2O82-)，可以利用 “记时反应”来实现。在将(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溶液和淀粉溶液。当S2O82-离子与I-离子反应产生I3-离子时，它立即与S2O32-反应：
2S2O32- + I3- → 2S4O62-+ 3I- (2)
反应（2）比反应（1）速率快得多，所以反应（1）生成的I3-与S2O32-的作用瞬时完成，生成无色的S4O62-和I-。当S2O32-用尽，生成的微量I3-与淀粉作用，使溶液呈蓝色。显然，通过反应 (2) 将S2O32-消耗完毕的时间实际上是反应（1）产生足量I3-的时间，所以反应 (2)可以被看作是一个反应（1）的“记时反应”。这样，从反应开始到溶液出现蓝色的时间Δt，就是反应中S2O82-浓度的改变量为S2O32-浓度变化的一半所需时间，即反应进行到时间Δt时，
Δc(S2O82-) = Δc(S2O32-)/2
由于在Δt时间内S2O32-全部反应，由它的起始浓度可求出Δc(S2O32-)，进一步可计算出Δc(S2O82-)和ν 。
对S2O82-与I-反应的速率方程两边取对数得：
lgν = algc(S2O82-) + blgc(I-) + lgk
实验中，当c(I-)保持不变，改变 c(S2O32-)，以lgν对lgc(S2O82-)作图，可得一直线，斜率为a，当保持c(S2O82-)不变，改变c(I-)，以lgν对lgc(I-)作图，可求出b。进一步，a和b为已知，可求得反应速率常数k。再根据阿伦尼乌斯公式，通过作图法可以求出活化能Ea。 三、实验用品
电磁加热搅拌器、量筒、烧杯、秒表、温度计 KI (0.20 mol·L-1)、Na2S2O3 (0.010 mol·L-1)、0.5％淀粉溶液、(NH4)2S2O8 (0.20 mol·L-1)、KNO3 (0.20 mol·L-1)、(NH4)2SO4 (0.20 mol·L-1)、Cu(NO3)2 (0.20 mol·L-1) 四、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20 mL 0.20 mol·L-1 KI溶液、8.0 mL 0.010 mol·L-1
Na2S2O3溶液和 4.0 mL 0.2％淀粉溶液，均加到一150 mL烧杯中，开动搅拌器使溶液混合均匀。再用另一个量筒取 20 mL 0.20 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液，在搅拌下快速加到烧杯中，同时开动秒表。当溶液刚出现蓝色时，立即停止秒表，记下时间及室温。用同样的方法按照表7-1中的用量进行另外8次实验。在系列实验中，为了使每次实验溶液的离子强度和总体
积保持不变，用0.20 mol·L-1 KNO3溶液取代部分KI溶液，用0.20 mol·L-1 (NH4)2SO4溶液取代部分(NH4)2S2O8溶液，以补足对应反应物的减少量。
用表7-1中实验1~5的数据作图求出 a，用实验1和6~9的数据作图求出b，然后再计算出反应速率常数k。
反应温度（℃）：
(2) 温度对化学反应速率的影响
按表7-1实验Ⅳ中的用量，把 KI，Na2S2O3，KNO3和淀粉的混合溶液加到150 mL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0 ºC时，开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速把(NH4)2S2O8溶液加到KI混合溶液中，同时开动秒表，当溶液刚出现蓝色时，记下反应时间。
在与室温间隔大约5、10、15、20 ºC的条件下，重复上述实验。将结果填于表7-2中。用表7-2的数据，以lgk对1/T作图，求出反应（1）的活化能。
(3) 催化剂对反应速率的影响
在 150 mL烧杯中加入10 mL 0.20 mol·L-1 KI溶液，4.0 mL淀粉溶液，8.0 mL 0.010 mol·L-1 Na2S2O3 溶液和 10 mL 0.20 mol·L-1 KNO3 溶液，再加入 1 滴0.02 mol·L-1 Cu(NO3)2溶液。开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速加入20 mL 0.20 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液，同时开动秒表，记录反应时间。将实验结果与前面不加催化剂的实验进行比较。
五、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？
3. 实验中为何要后加(NH4)2S2O8溶液？为何还要快速加入？ 4. 实验为什么要选择作图方法处理实验数据？
实验7 化学反应速率与活化能
一、实验目的
1.了解实验原理，测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，计算反应级数、反应速率常数及反应的活化能；
2.掌握浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响； 3.学习实验数据的处理方法。 二、实验原理
在水溶液中，(NH4)2S2O8和KI发生以下反应：
S2O82- + 3I- → 2SO42-+ I3- (1)
这个反应的平均反应速率可用下式表示:
2-
∆c(S2O8)2-v==kca(S2O8)cb(I-)
∆t
式中Δc(S2O82-)为Δt时间内S2O82-浓度的变化,a、b为反应级数，k为反应速率常数。为了测定(NH4)2S2O（过二硫酸铵）和KI反应的速率，也就是测定一定时间间隔Δt内S2O82-8
浓度的变化Δc(S2O82-)，可以利用 “记时反应”来实现。在将(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溶液和淀粉溶液。当S2O82-离子与I-离子反应产生I3-离子时，它立即与S2O32-反应：
2S2O32- + I3- → 2S4O62-+ 3I- (2)
反应（2）比反应（1）速率快得多，所以反应（1）生成的I3-与S2O32-的作用瞬时完成，生成无色的S4O62-和I-。当S2O32-用尽，生成的微量I3-与淀粉作用，使溶液呈蓝色。显然，通过反应 (2) 将S2O32-消耗完毕的时间实际上是反应（1）产生足量I3-的时间，所以反应 (2)可以被看作是一个反应（1）的“记时反应”。这样，从反应开始到溶液出现蓝色的时间Δt，就是反应中S2O82-浓度的改变量为S2O32-浓度变化的一半所需时间，即反应进行到时间Δt时，
Δc(S2O82-) = Δc(S2O32-)/2
由于在Δt时间内S2O32-全部反应，由它的起始浓度可求出Δc(S2O32-)，进一步可计算出Δc(S2O82-)和ν 。
对S2O82-与I-反应的速率方程两边取对数得：
lgν = algc(S2O82-) + blgc(I-) + lgk
实验中，当c(I-)保持不变，改变 c(S2O32-)，以lgν对lgc(S2O82-)作图，可得一直线，斜率为a，当保持c(S2O82-)不变，改变c(I-)，以lgν对lgc(I-)作图，可求出b。进一步，a和b为已知，可求得反应速率常数k。再根据阿伦尼乌斯公式，通过作图法可以求出活化能Ea。 三、实验用品
电磁加热搅拌器、量筒、烧杯、秒表、温度计 KI (0.20 mol·L-1)、Na2S2O3 (0.010 mol·L-1)、0.5％淀粉溶液、(NH4)2S2O8 (0.20 mol·L-1)、KNO3 (0.20 mol·L-1)、(NH4)2SO4 (0.20 mol·L-1)、Cu(NO3)2 (0.20 mol·L-1) 四、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20 mL 0.20 mol·L-1 KI溶液、8.0 mL 0.010 mol·L-1
Na2S2O3溶液和 4.0 mL 0.2％淀粉溶液，均加到一150 mL烧杯中，开动搅拌器使溶液混合均匀。再用另一个量筒取 20 mL 0.20 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液，在搅拌下快速加到烧杯中，同时开动秒表。当溶液刚出现蓝色时，立即停止秒表，记下时间及室温。用同样的方法按照表7-1中的用量进行另外8次实验。在系列实验中，为了使每次实验溶液的离子强度和总体
积保持不变，用0.20 mol·L-1 KNO3溶液取代部分KI溶液，用0.20 mol·L-1 (NH4)2SO4溶液取代部分(NH4)2S2O8溶液，以补足对应反应物的减少量。
用表7-1中实验1~5的数据作图求出 a，用实验1和6~9的数据作图求出b，然后再计算出反应速率常数k。
反应温度（℃）：
(2) 温度对化学反应速率的影响
按表7-1实验Ⅳ中的用量，把 KI，Na2S2O3，KNO3和淀粉的混合溶液加到150 mL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0 ºC时，开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速把(NH4)2S2O8溶液加到KI混合溶液中，同时开动秒表，当溶液刚出现蓝色时，记下反应时间。
在与室温间隔大约5、10、15、20 ºC的条件下，重复上述实验。将结果填于表7-2中。用表7-2的数据，以lgk对1/T作图，求出反应（1）的活化能。
(3) 催化剂对反应速率的影响
在 150 mL烧杯中加入10 mL 0.20 mol·L-1 KI溶液，4.0 mL淀粉溶液，8.0 mL 0.010 mol·L-1 Na2S2O3 溶液和 10 mL 0.20 mol·L-1 KNO3 溶液，再加入 1 滴0.02 mol·L-1 Cu(NO3)2溶液。开动搅拌器使溶液混合均匀，迅速加入20 mL 0.20 mol·L-1 (NH4)2S2O8溶液，同时开动秒表，记录反应时间。将实验结果与前面不加催化剂的实验进行比较。
五、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？
3. 实验中为何要后加(NH4)2S2O8溶液？为何还要快速加入？ 4. 实验为什么要选择作图方法处理实验数据？