化學(xué)反應(yīng)速率和活化能

1、 化學(xué)反應(yīng)速率和活化能化學(xué)反應(yīng)速率和活化能數(shù)據(jù)的表達(dá)與處理實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩?shí)驗(yàn)?zāi)康模?、了解濃度、溫度和催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響；、了解濃度、溫度和催化劑對(duì)反應(yīng)速度的影響；2、測(cè)定過(guò)二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)的反應(yīng)速率；、測(cè)定過(guò)二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)的反應(yīng)速率；3、學(xué)會(huì)計(jì)算反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和反應(yīng)的、學(xué)會(huì)計(jì)算反應(yīng)級(jí)數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和反應(yīng)的 活化能。活化能。 在水溶液中S2O82與I發(fā)生如下反應(yīng)： S2O82+ 3I=2SO42+I3（慢） (1)設(shè)反應(yīng)的速率方程可表示為： v =k Cm(S2O82)Cn(I-)其中，v是反應(yīng)速率，k 是速率常數(shù)，C(S2O82)、 C (I-）是即時(shí)濃度，m、n之和為反

2、應(yīng)級(jí)數(shù)。實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)原理 通過(guò)實(shí)驗(yàn)?zāi)軠y(cè)定在單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)的平均速率，如果在一定時(shí)間t內(nèi)S2O82濃度的改變量為c(S2O82) ，則平均速率表示為： v平當(dāng)t 0時(shí)， vlim v平則有v =k Cm(s2o8)Cn(I-)t用秒表測(cè)量。222828(S O )(S O )(I )xyck cctt 0 222828(S O )(S O )(I )xyck cct 為了測(cè)定在一定時(shí)間t內(nèi)S2O82濃度的改變量，在將S2O82與I混合的同時(shí)，加入定量的Na2S2O3溶液和淀粉指示劑。這樣在反應(yīng)（1）進(jìn)行的同時(shí)，也進(jìn)行如下的反應(yīng)： 2S2O32+ I 3 S4O62+ 3I （快）（2） 反應(yīng)（2

3、）進(jìn)行得很快，瞬間即可完成。而反應(yīng)(1)卻要比反應(yīng)(2)慢得多。由反應(yīng)(1)生成的I 3 ，立即與S2O32反應(yīng)，生成無(wú)色的S4O62和I。因此，在反應(yīng)剛開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)看不到 I3與淀粉所呈現(xiàn)的特有藍(lán)色。當(dāng)S2O32耗盡時(shí)，由反應(yīng)（1）繼續(xù)生成的I3很快與淀粉作用而呈現(xiàn)藍(lán)色。 由反應(yīng)式(1)和(2)可以看出，S2O82濃度減少量等于S2O32濃度減少量的1/2。 由于溶液呈現(xiàn)藍(lán)色標(biāo)志著S2O32全部耗盡。所以，從反應(yīng)開(kāi)始到出現(xiàn)藍(lán)色這段時(shí)間t內(nèi)，S2O32濃度的改變實(shí)際上就是S2O32初始濃度。222282302311(S O )(S O )(S O )22ccc 由于每份混合液中S2O32的

4、初始濃度都相同，因此c(S2O82)也都是相同的。這樣，只要記下從反應(yīng)開(kāi)始到溶液剛呈現(xiàn)藍(lán)色所需的時(shí)間t，就可以求出初始反應(yīng)速率。 利用求得的反應(yīng)速率，可計(jì)算出速率常數(shù)k和反應(yīng)級(jí)數(shù)m、n ,確定速率方程。實(shí)驗(yàn)用品：實(shí)驗(yàn)用品：儀器：儀器：秒表、溫度計(jì)（0100）、燒杯、量筒、 試管、玻璃棒、電爐、石棉網(wǎng)藥品藥品： (NH4)2S2O8（0.20 molL1）、KI（0.20 molL1） KNO3（0.20 molL1）、Na2S2O3（0.010 molL1） （NH4)2SO4（0.20 molL1）、Cu (NO3)2（0.020 molL1），淀粉溶液（0.4 ）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（一）

5、（一）濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 在室溫下，按表1中實(shí)驗(yàn)編號(hào)1的用量，分別用量筒量取KI，Na2S2O3和淀粉溶液于燒杯中，用玻璃棒攪拌均勻。再量取(NH4)2S2O8溶液，迅速加到盛有混合溶液的燒杯中，立刻用玻璃棒將溶液攪拌均勻，同時(shí)按動(dòng)秒表計(jì)時(shí)。觀察溶液，剛一出現(xiàn)藍(lán)色立即停止計(jì)時(shí)。記錄反應(yīng)時(shí)間。 用同樣方法按表1的用量進(jìn)行編號(hào)2、3、4、5的實(shí)驗(yàn)。20.0mL 0.20molL-1 KI溶液8.0mL 0.010mol.L-1 Na2S2O3溶液 2.0mL 0.4% 淀粉溶液 20.0mL 0.20molL-1 （NH4）2S2O8 溶液 混合均勻混合均勻立即計(jì)時(shí)立

6、即計(jì)時(shí)不斷攪動(dòng)不斷攪動(dòng) 迅迅速速 加加20.0mL 0.20molL-1 1 KI溶液溶液;加加8.0mL 0.010molL-1 Na2S2O3溶液溶液; 加加2.0mL 0.4%淀粉溶液淀粉溶液;混合均勻混合均勻;20.0mL 0.20molL-1 1（NH4）2S2O8溶液溶液 迅速倒入上述混合液中迅速倒入上述混合液中; 同時(shí)啟動(dòng)秒表，并不斷攪動(dòng)同時(shí)啟動(dòng)秒表，并不斷攪動(dòng); 當(dāng)溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)，立即按停秒表，當(dāng)溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)，立即按停秒表， 記錄反應(yīng)時(shí)間和溫度記錄反應(yīng)時(shí)間和溫度; 為了使溶液的離子強(qiáng)度和總體積不變，在編號(hào)25的實(shí)驗(yàn)中，缺少的KI、(NH4)2S2O8的量分別用KNO3或(

7、NH4)2SO4溶液補(bǔ)足。 實(shí) 驗(yàn) 編 號(hào)12345試劑用量V/mL0.20 molL1 (NH4)2S2O820.010.05.0 20.0 20.00.20 molL1 KI20.020.0 20.010.05.00.010 molL1 Na2S2O3 8. 0 8. 0 8. 0 8.0 8.00.4 %淀粉溶液 2.0 2.0 2.0 2.0 2.00.20 molL1 KNO3 0 0 0 10.0 15.00.20 molL1 (NH4)SO4 0 10.015. 0 0 0混合液中反應(yīng)物的起始濃度molL1(NH4)2S2O8 KI Na2S2O3 反應(yīng)時(shí)間t/s S2O82的濃

8、度變化c(S2O82)/ molL1 反應(yīng)速率v / molL-1s-1 表表1 濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響 室溫：室溫： KIKI（10.0 10.0 mLmL）、NaNa2 2S S2 2O O3 3（8.0mL8.0mL）、 KNOKNO3 3（10mL 10mL ）、）、淀粉溶液（淀粉溶液（2.0 2.0 mLmL） 混合于大燒杯混合于大燒杯 ( (按表按表1 1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4 4中的藥品用量混合中的藥品用量混合 ) )取取20.0mL (NH20.0mL (NH4 4) )2 2S S2 2O O8 8溶液于小燒杯溶液于小燒杯大、小燒杯同時(shí)冰水浴冷卻至低于室溫大、小燒杯同時(shí)

9、冰水浴冷卻至低于室溫1010時(shí)，時(shí)，迅速混迅速混合、計(jì)時(shí)并不合、計(jì)時(shí)并不斷攪拌。斷攪拌。當(dāng)溶液剛出現(xiàn)當(dāng)溶液剛出現(xiàn)藍(lán)色藍(lán)色時(shí)，記錄反應(yīng)時(shí)間時(shí)，記錄反應(yīng)時(shí)間。（此實(shí)驗(yàn)編號(hào)為（此實(shí)驗(yàn)編號(hào)為6 6）同樣方法在熱水中進(jìn)行高于室溫同樣方法在熱水中進(jìn)行高于室溫1010的實(shí)驗(yàn)。此的實(shí)驗(yàn)。此實(shí)驗(yàn)編號(hào)記為實(shí)驗(yàn)編號(hào)記為7 7。將此兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將此兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)6 6、7 7和實(shí)驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)4 4的數(shù)據(jù)記入表的數(shù)據(jù)記入表2 2中中進(jìn)行比較。進(jìn)行比較。 （二）（二）溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響 表表2 溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響溫度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響實(shí) 驗(yàn) 編 號(hào)647反應(yīng)溫度t/ 反應(yīng)時(shí)間t/s 反應(yīng)速

10、率v molL-1s-1 KI（10.0 mL）、Na2S2O3（8.0mL）、 KNO3（10mL ）、）、淀粉溶液（淀粉溶液（2.0 mL） 混合于混合于150mL燒杯燒杯 (按表按表1實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)4中的藥品用量混合中的藥品用量混合 )加入加入2滴滴0.02molL-1Cu(NO3)2溶液，攪勻溶液，攪勻 ;迅速加入迅速加入20mL過(guò)二硫酸銨溶液，攪動(dòng)、計(jì)時(shí)過(guò)二硫酸銨溶液，攪動(dòng)、計(jì)時(shí) ;與表與表1中實(shí)驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)4 的反應(yīng)速率定性地的反應(yīng)速率定性地比較，得出結(jié)論。比較，得出結(jié)論。 （三）催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響（三）催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)速度常數(shù)的計(jì)算反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)

11、速度常數(shù)的計(jì)算將反應(yīng)速率表示式v =k Cm(S2O82)Cn(I-)兩邊取對(duì)數(shù)：lgv=mlgC(S2O82)+nlgC(I-)+lgk 當(dāng)C(I-)不變時(shí)（即實(shí)驗(yàn)1，2，3），以lgv對(duì)lgC(S2O82)作圖，可得一直線，斜率即為m。 同理，當(dāng)C(S2O82)不變時(shí)（即實(shí)驗(yàn)1，4，5），以lgv對(duì)lgC(I-) 作圖，可求得n。此反應(yīng)的級(jí)數(shù)則為m+ n。 將求得的m和n代v =kCm(S2O82)Cn(I-)即可求得反應(yīng)速度常數(shù)k。將數(shù)據(jù)填入表3中。 實(shí)驗(yàn)編號(hào)12345lglg c S2O8 2 -lg c I -mn反應(yīng)速率常數(shù)kmol-1Ls-1lg=mlg c S2O8 2 - +

12、 nlgc I - +lgk 表 3 反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)速率常數(shù)k的求算2、反應(yīng)活化能的計(jì)算、反應(yīng)活化能的計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)k與溫度T之間的關(guān)系為： lg k=A-Ea/2.30RT 式中Ea為反應(yīng)的活化能，R為摩爾氣體常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度。測(cè)出不同溫度時(shí)的k值，以lg k對(duì)1/T作圖，可得一直線。由直線斜率(等于-Ea/2.30R)可求得反應(yīng)的活化能Ea。注意注意：凡是作直線求斜率的數(shù)據(jù)處理，也可以用兩點(diǎn)坐標(biāo)通過(guò)計(jì)算求得。表4 活化能Ea的求算實(shí)驗(yàn)編號(hào)647反應(yīng)速率常數(shù)klg k1T活化能Ea本實(shí)驗(yàn)活化能測(cè)定值的誤差不超過(guò)10%（該反應(yīng)的活化能理論值為51.8kJmoL-1）。注意事項(xiàng)：注意事項(xiàng)：

13、1、嚴(yán)格按照合理順序混合藥品；、嚴(yán)格按照合理順序混合藥品；2、取用藥品要用專用量筒，不可混用；、取用藥品要用專用量筒，不可混用；3、加入、加入 (NH4)2S2O8溶液溶液的的同時(shí)同時(shí)記錄時(shí)間，記錄時(shí)間，按動(dòng)按動(dòng) 秒表計(jì)時(shí)秒表計(jì)時(shí)；4、反應(yīng)過(guò)程中要、反應(yīng)過(guò)程中要用玻璃棒用玻璃棒不斷不斷攪拌；攪拌；5、認(rèn)真、認(rèn)真觀察溶液，剛一出現(xiàn)藍(lán)色立即停止計(jì)時(shí)觀察溶液，剛一出現(xiàn)藍(lán)色立即停止計(jì)時(shí)， 記錄反應(yīng)時(shí)間記錄反應(yīng)時(shí)間；6、填好表、填好表1中的有關(guān)內(nèi)容；中的有關(guān)內(nèi)容；7、嚴(yán)格按照升溫方法操作；、嚴(yán)格按照升溫方法操作；8、填寫表、填寫表2的有關(guān)內(nèi)容；的有關(guān)內(nèi)容；1.反應(yīng)液中為什么加入反應(yīng)液中為什么加入KNO3、(NH4)2SO4溶液？溶液？ 2.為什么要先加為什么要先加KI溶液再加（溶液再加（NH4) )2S2O8溶液？溶液？3.(NH4)2S2O8緩慢加入緩慢加入KI等混合溶液中，對(duì)實(shí)驗(yàn)等混合溶液中，對(duì)實(shí)驗(yàn)有何影響？有何影響？ 4.催化劑催化劑Cu(NO3)2為何能夠加快該化學(xué)反應(yīng)的速為何能夠加快該化學(xué)反應(yīng)的速率？率？ 思考題思考題實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)報(bào)告第一部分：第一部分： 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)用品實(shí)驗(yàn)