化学反应速率与活化能的测定
《工程化学实验》教案
化学反应速率与活化能的测定
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
c(S2O82)
= kc(S2O82)v= - c(I) t
式中：v ── 反应的平均反应速率；
c(S2O82) ── t时间内S2O82的浓度变化；
c(S2O82)，c(I) ── S2O82，I的起始浓度；
k ── 该反应的速率系数；
, ──反应物S2O82，I的反应级数，为该反应的总级数。
为了测出在一定时间（t）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
1
2
c（S2O8
的浓度，即
2-
）=
c（S2O3
2-
）
由于在t时间内，S2O32-已全部耗尽，所以c（S2O32-）实际上就是反应开始时Na2S2O3－c（S2O32-）=
c0（S2O3
2-
）
这里的c0（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c（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（t），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：
c(S2O8)
=v=
t
2
cS2O32c0S2O322t
=
2t
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k 由Arrhenius方程得
v
c
SOcI2
求出反应的速率系数k。
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Ea
lgkA
2.303RT
式中：Ea── 反应的活化能；
R ── 摩尔气体常数，R= 8.314 J·mol
-1
·K-1 ;
T ── 热力学温度 求出不同温度时的k值后，以lg可求得反应的活化能Ea。
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。
k对
Ea1
作图，可得一直线，由直线的斜率T2.303R
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)2S2O（L-1），KI（0.2mol·L-1），Na2S2O（L-1）, KNO（L-1）, 80.2mol·30.05mol·30.2mol·(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t和室温。
计算每次实验的反应速率v，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k
v
c
SOcI2
求出各实验的k，并把计算结果填入表
28
1中。
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k和T，作lg的活化能Ea。
3. 催化剂对反应速率的影响
k-图，求出直线的斜率，进而求出反应（1）
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v和k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？