碘鐘反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)參數(shù)的測(cè)定完整試驗(yàn)報(bào)告

1、碘鐘反應(yīng)”的反應(yīng)級(jí)數(shù)、速率常數(shù)和活化能的測(cè)定實(shí)驗(yàn)報(bào)告化學(xué)學(xué)院材化班實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、用初速法測(cè)定過(guò)硫酸根與碘離子的反應(yīng)速率常數(shù)和反應(yīng)級(jí)數(shù)O2、掌握碘鐘反應(yīng)過(guò)程及其原理。、簡(jiǎn)要實(shí)驗(yàn)原理在水溶液中，過(guò)二硫酸鏤與碘化鉀發(fā)生如下反應(yīng)1:我們事先同時(shí)加入少量的硫代硫酸鈉溶液和淀粉指示劑，則(1)式中產(chǎn)生的少量的I3會(huì)優(yōu)先和S2 O3形應(yīng)而被還原成I 一:_ 2_ 22s2O3 一 %- -$4。6 - 3I 一這樣，當(dāng)溶液中的硫代硫酸鈉全部反應(yīng)掉后，(1)式生成的碘才會(huì)和淀粉指示劑反應(yīng)，使溶液呈藍(lán)色。由上可知，控制在每個(gè)反應(yīng)中硫代硫酸鈉的物質(zhì)的量均相同, 藍(lán)色的這段時(shí)間即可用來(lái)度量本反應(yīng)的初速。當(dāng)反應(yīng)溫度和離

2、子強(qiáng)度相同時(shí)，(1)式的反應(yīng)速率方程可寫(xiě)為：2-dS2O8n ukS2082 1m I Indt根據(jù)式中的反應(yīng)計(jì)量關(guān)系，可以認(rèn)為：2.”2。8 1dq ££dtdt；：t根據(jù)式的反應(yīng)計(jì)量關(guān)系結(jié)合硫代硫酸鈉的等量假設(shè)，可知.IF2；S2O321月.根據(jù) (4)(5)可知，2份0； Lt 移項(xiàng)，兩邊取對(duì)數(shù)可得1 ln =ln t.：t_ _ 2 m n= kS2O8l I 1這樣從反應(yīng)開(kāi)始到出現(xiàn)(3)(4)(5)(6)(7)1cc因而固定I寸，以lntS208 7r作圖，根據(jù)直線的斜率即可求出m ；固定S2 08 1 ,同理可以求出n 0然后根據(jù)求出的 m和n ,計(jì)算出在室溫下

3、“碘鐘反應(yīng)”的反應(yīng)速率常數(shù)k最后改變溫度，測(cè)出不同溫度下從反應(yīng)開(kāi)始到出現(xiàn)藍(lán)色所需的時(shí)間白，計(jì)算出不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，由 Arrhenius公式，以ln k對(duì)1/T作圖，根據(jù)直線的斜率即可求出活化能。三、主要的實(shí)驗(yàn)儀器及試劑恒溫水浴槽一套；50mL燒杯兩個(gè)；玻璃棒一支；秒表一只；0.20M (NH 4)2S2O8溶液；0.20M KI 溶液；0.01M Na 2s2O3 溶液；4%淀粉溶液；0.20M KNO 3 溶液；0.20M (NH 4)2$04 溶液。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)的測(cè)定按照表1所列數(shù)據(jù)將每組的(NH 4)2 s2O8溶液、(NH 4)2 SO4溶液和淀粉溶液放

4、入燒杯A中混合均勻，KI溶液、Na 2 s2O3溶液和KNO 3溶液放入B燒杯中混合均勻。然后將兩份溶液混合， 當(dāng)混合至一半時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，并不斷攪拌，當(dāng)溶液出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)即停止計(jì)時(shí)。表1 “碘鐘反應(yīng)”動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)測(cè)量的溶液配制表序號(hào)123450.20M (NH 4)2 S2O8溶液/mL10.05.02.51010.00.20M KI 溶液/mL10.010.010.05.02.50.01M Na 2s2O3溶液/mL4.04.04.04.04.00.4%淀粉溶液/mL1.01.01.01.01.00.20M KNO 3 溶液/mL0005.07.50.20M (NH 4)2SO4 溶7/mL05.0

5、7.5002、反應(yīng)活化能的測(cè)定按照表1中第1組反應(yīng)的溶液配制方案配制溶液，分別在 10.0、30.0和40.0 C下按照3.1 中的操作步驟測(cè)量溶液出現(xiàn)藍(lán)色所需的時(shí)間At并記錄，要注意必須先將溶液在相應(yīng)的水浴槽中恒溫一段時(shí)間，待溶液溫度與恒溫槽溫度相同后再將溶液進(jìn)行混合。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)測(cè)定的數(shù)據(jù)記錄序號(hào)12345(NH4)2S2O 濃度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI 濃度(mol/L)0.080.080.080.040.02Na2s2O 濃度(mol/L)0.00160.00160.00160.00160.0016時(shí)間t/s26.9157.

6、54116.1553.38113.972、不同溫度下反應(yīng)1時(shí)間記錄溫度/c203040時(shí)間t/s26.9119.819.41六、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)的計(jì)算由5、1數(shù)據(jù)表格，我們可以依次求出反應(yīng)級(jí)數(shù)及數(shù)率常數(shù)K。(S2O2-8)反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定Ln1/At與lnO28)關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)一2-、(&O 8)濃度時(shí)間t/sln(S2O2-8)Ln1/At10.08026.91-2.52573-3.292520.04057.54-3.21888-4.0524830.020116.15-3.91202-4.75488有計(jì)算機(jī)做出 Ln1/At與ln (&O2-8)關(guān)系圖得:-

7、354 2 -Equationy = a + b*KAdj. R-Squa099897ValueStandard ErrDIntercept0.63"007637DSJope1.05480.02398DLinear Fit of D由圖可知：Ln1/At=1.0548 ln(S2O2-8)-0.6377,其中相關(guān)系數(shù)r=0.99897.對(duì)比可知1.0548即為2-.一 、,一 .(S2O 8)的反應(yīng)級(jí)數(shù)。(I-)反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定Ln1/At與ln (I-)關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)(I-)濃度時(shí)間t/s-.ln (I )Ln1/A t10.08026.91-2.52573-3.292520.040

8、53.38-3.21888-3.9774430.020113.97-3.91202-4.73594由計(jì)算機(jī)做出Ln1/At與ln (I-)關(guān)系圖得:Equgbany = a + b"xAdj. R-Square0.99527Standard ErrorD-065W010013DSlopeT 041220 03064DLrear rit of LJ-2 8由圖可知：Ln1/At=1.04122 In(I-) -0.6504.其中相關(guān)系數(shù) r=0.99827.對(duì)比公式可知 n=1.04122,這就是I2的反應(yīng)級(jí)數(shù)。2、反應(yīng)數(shù)率常數(shù)的測(cè)定 2 .根據(jù)公式 "S2。3 1 ukS2

9、08HmI 寸 .t將m、n的值代入，即可算出 k的值實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理見(jiàn)下表序號(hào)12345(NH4)2SQ 濃 度(mol/L)0.080.040.020.080.08KI濃度 (mol/L)0.080.080.080.040.02NaSzQ濃度 (mol/L)0.00160.00160.00160.00160.0016時(shí)間t/s26.9157.54116.1553.38113.97反應(yīng)數(shù)率常數(shù)k0.023680.0230070.0236770.0245670.02368K的平均值0.0263462由上可知，此反應(yīng)數(shù)率常數(shù)為k=0.02634623、反應(yīng)活化能的測(cè)定Lnk對(duì)1/T的數(shù)據(jù)關(guān)系見(jiàn)下表

10、:序號(hào)溫度T/K1/Tklnk1293.550.0034070.02368-3.743122303.450.0032950.032167-3.436813313.750.0031870.067719-2.69239Lnk對(duì)1/T由計(jì)算機(jī)作圖得:HLinear Fit of H-4.00 0032Equationy = a +Adj. R*Squar>0 B8326VekiBSt曰ridard ErrorH帕館灣咱pt12,471023 92涮HSlope-4761.486351190.4468310.00330.0034由阿倫尼烏斯公式兩邊取對(duì)數(shù)得：lnk=lnA-Ea/RT.線性擬合的結(jié)果為lnk=12.471-4781.48/T,則由此計(jì)算出的活化能為Ea=4781.