化学反应速率及活化能的测定实验报告

化学反应速率及活化能的测定实验报告

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。

dξ=v-1BdnB （3-2） 将式（3-2）代入式（3-1）得：

J=v-1BdnB/dt

式中nB为物质B的物质的量，dnB/dt是物质B的物质的量对时间的变化率，vB为物质B的化学计量数（对反应物vB取负值，产物vB取正值）。反应速率J总为正值。J的单位是mol·s-1。

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=kca（A）cb（B）

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→I2＋H2

看起来是二级反应。实际上是一级反应，因为 HI→H＋I（慢）

HI＋H→H2＋I（快） I＋I→I2（快）

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（NH4）2S2O8（过二硫酸铵）和KI反应的速率是利用一个

在水溶液中，（NH4）2S2O8和KI发生以下反应：

这个反应的平均反应速率可用下式表示

（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

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－Ea/2.303R，通过计算求出活化能Ea。 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

在室温下，取3个量筒分别量取20ml 0.20mol·L-1 KI溶液、8.0ml 0.010 mol· 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 20mL0.20mol· 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3-1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-1 KNO3溶液和0.20mol·L-1（NH4）2SO4溶液补足。

表3-1 不同浓度时平均反应速率

用表中实验Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ的数据作图求出a，用实验Ⅰ，Ⅳ，Ⅴ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O℃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3-2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

在 150mL烧杯中加入10mL 0.20mol·L-1KI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。

4.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？

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如下：

帮助文件 使用说明： 1.打开与选择菜单

（1）按F10键即可激活顶层菜单，然后使用方向键（→，←）选择顶层菜单项，按回车（Enter）键即可打开所选择的菜单。使用热键（Alt＋菜单上加亮的字母）即可快速地打开该字母所对应的菜单。

（2）打开菜单后即可使用方向键（↑，↓）选择菜单项，选中后按回车键即可执行此菜单项。打开菜单后，按菜单项中加亮的字母也可以执行该菜单项。使用热键（菜单项后部提示的组合键）即可快速地执行对应的菜单项。

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