实验七　化学反应速率和活化能的测定

【实验目的】

1.了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。

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、反应速率常数和反应活化能。

3.练习在水浴中保持恒温的操作。

4.练习用作图法处理实验数据。

【实验原理】

过二硫酸铵与碘化钾在水溶液中的离子反应方程式为：

根据速率方程，反应速率v可表示为：

式中，v为瞬时速率；α+β为总反应级数。

若平均速率表示为，则

即当Δt较小时，平均速率近似等于反应的瞬时速率v。

为了能测得反应在Δt时间内浓度的改变值，需要在混合（NH4）2S2O8和KI溶液的同时，注入一定体积的浓度已知的Na2S2O3和淀粉溶液，则上述反应的同时还进行下列反应：

该反应十分快，因此在反应开始阶段看不到蓝色，一旦Na2S2O3耗尽，溶液就会呈现蓝色，据反应物的物质的量的关系可得：

通过测定从混合到呈现蓝色的时间Δt和Na2S2O3的浓度（即），便可得该反应的平均速率，该平均速率近似等于反应的起始瞬时速率v。

测定反应级数α、β的方法如下：因，故

保持I-的浓度不变，只改变的浓度，则常数，通过测定两个不同浓度的起始瞬时速率v，便可计算反应级数α，同理保持的浓度不变，可计算反应级数β。

测定活化能Ea的方法如下：已知反应级数α，β，可通过求得反应速率常数k，由阿仑尼乌斯公式可知lgk=-+常数，测出不同温度下反应的反应速率常数k，以lgk为纵坐标，为横坐标作图，得一直线，其斜率为，即可算出活化能Ea。

【仪器与试剂】

1.仪器　量筒、烧杯、秒表、温度计。

2.试剂　KI（0.20mol·L-1）、Na2S2O3（0.010mol·L-1）、淀粉溶液（0.2%）、（NH4）2S2O8（0.20mol·L-1）、KNO3（0.20mol·L-1）、（NH4）2SO4（0.20mol·L-1）、（0.02mol·L-1）。

【实验步骤】

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-1KI溶液、8.0mL 0.010mol·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 20mL 0.20mol·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3-4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-1KNO3溶液和0.20mol·L-1（NH4）2SO4溶液补足。

用表3-4中实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ的数据作图求出α，用实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ的数据作图求出β，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3-4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0℃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3-5中。用表3-5的数据，以lgk对1/T作图，求出反应的活化能。

3.催化剂对反应速率的影响　

在150mL烧杯中加入10mL 0.20mol·L-1 KI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。

【数据处理与结论】

通过作图计算反应级数α、β、α+β以及反应速率常数k和活化能Ea。

【思考题】

1.根据化学反应方程式，是否能确定反应级数？用本实验的结果加以说明。

2.若不用S2，而用I-或的浓度变化来表示反应速率，则反应速率常数k是否一样？

3.实验室中为什么可以由溶液中出现蓝色的时间长短来计算反应的速率？反应溶液出现蓝色后，反应是否就终止了？

4.用阿仑尼乌斯公式计算反应的活化能，并与作图法得到的值进行比较。

5.下列操作对实验结果有何影响？

（1）取用七种试剂溶液前，多用滴管未洗干净。

（2）先加（NH4）2S2O8溶液，最后加KI溶液。

（3）没有迅速连续加入（NH4）2S2O8溶液。

（4）（NH4）2S2O8的用量过多或过少。