化学反应速率及活化能的测定实验
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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。
-1dξ=vdn (3-2) BB
将式(3-2)代入式(3-1)得:
-1J=vdn/dt BB
式中n为物质B的物质的量,dn/dt是物质B的物质的量对时间的变BB
化率,v为物质B的化学计量数(对反应物v取负值,产物v取正值)。BBB-1反应速率J总为正值。J的单位是mol?s。
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)c(B) ab
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?I,H 22
看起来是二级反应。实际上是一级反应,因为 HI?H,I(慢)
HI,H?H,I(快) 2
I,I?I(快) 2
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(NH)SO(过二硫酸铵)和KI反应的速率是利用一个 4228
在水溶液中,(NH)SO和KI发生以下反应: 4228
这个反应的平均反应速率可用下式表示
(NH)SO溶液和KI溶液混合时,同时加入一定体积的已知浓度的4228
NaSO 223
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/2.303R,通过计算求出活化能E。 aa
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
-1在室温下,取3个量筒分别量取20ml 0.20mol?L KI溶液、8.0ml
-10.010 mol? L NaSO溶液和 4.0mL 0.2,淀粉溶液,均加到150mL223-1烧杯中,混合均匀。再用另一个量筒取 20mL0.20mol? L(NH)SO溶4228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
-1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
-1KNO溶液和0.20mol?L(NH)SO溶液补足。 3424
表3-1 不同浓度时平均反应速率
用表中实验?,?,?的数据作图求出a,用实验?,?,?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?中的用量,把KI,NaSO,KNO和淀粉的混合溶液加2233
到150mL烧杯中,把(NH)SO溶液加到另一个烧杯中,并将两个烧杯放4228
入冰水浴中冷却。等烧杯中的溶液都冷到O?时,把(NH)SO溶液加到4228KI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
-1在 150mL烧杯中加入10mL 0.20mol?LKI溶液,4.0mL淀粉溶液,
-1-18.0mL 0.010mol?L NaSO溶液和10mL 0.20mol?L KNO溶液,再加入2233-11滴0.02mol?L Cu(NO)溶液。搅拌均匀,然后迅速加入20mL 32-10.20mol?L(NH)SO溶液,搅拌,记下反应时间,并与前面不加催化4228
剂的实验进行比较。
4.思考
题
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(1)通过上述实验
总结
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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
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如下:
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