碘鐘反應(yīng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

武漢大學(xué)化學(xué)與分子科學(xué)學(xué)院物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)碘鐘反應(yīng)2012301040010楊平一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．掌握“碘鐘”反應(yīng)的原理。學(xué)會(huì)運(yùn)用“碘鐘”反應(yīng)設(shè)計(jì)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法。2．測(cè)定過(guò)硫酸根與碘離子的反應(yīng)速率常數(shù)．反應(yīng)級(jí)數(shù)和反應(yīng)活化能.二、實(shí)驗(yàn)原理在水溶液中，過(guò)二硫酸銨與碘化鉀發(fā)生如下反應(yīng)：(1)為了能夠測(cè)定一定時(shí)間（Δt）內(nèi)S2O82-濃度的變化量，在混合過(guò)二硫酸銨、碘化鉀溶液的同時(shí)加入一定體積已知濃度并含有淀粉（指示劑）的Na2S2O3溶液，在式（1）進(jìn)行的同時(shí)，有下列反應(yīng)進(jìn)行：(2)反應(yīng)（2）進(jìn)行得非常快，而反應(yīng)（1）卻緩慢得多，故反應(yīng)（1）生成的I3-立即與S2O32-作用生成無(wú)色的S4O62-和I?，因此反應(yīng)開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)溶液無(wú)顏色變化，但當(dāng)Na2S2O3耗盡，反應(yīng)（1）生成的微量碘很快與淀粉作用，而使溶液呈現(xiàn)特征性的藍(lán)色。由于此時(shí)（即Δt）S2O32-全部耗盡，所以S2O82-的濃度變化相當(dāng)于全部用于消耗Na2S2O3。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，這樣從反應(yīng)開(kāi)始到出現(xiàn)藍(lán)色的這段時(shí)間可作為反應(yīng)初速的計(jì)量。由于這一反應(yīng)能顯示自身反應(yīng)進(jìn)程，故稱(chēng)為“碘鐘”反應(yīng)。1、反應(yīng)級(jí)數(shù)和速率常數(shù)的確定當(dāng)反應(yīng)溫度和離子強(qiáng)度相同時(shí)，(1)式的反應(yīng)速率方程可寫(xiě)為：(3)在測(cè)定反應(yīng)級(jí)數(shù)的方法中，反應(yīng)初速法能避免反應(yīng)產(chǎn)物的干擾求的反應(yīng)物的真實(shí)級(jí)數(shù)。如果選擇一系列初始條件，測(cè)得對(duì)應(yīng)于析出碘量為Δ[I2]的藍(lán)色出現(xiàn)的時(shí)間Δt，則反應(yīng)的初始速率為： (4)根據(jù)(2)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(5)根據(jù)(3)(4)(5)可知，(6)移項(xiàng)，兩邊取對(duì)數(shù)可得(7)因而固定，以對(duì)ln作圖，根據(jù)直線(xiàn)的斜率即可求出；固定，同理可以求出。然后根據(jù)求出的和，計(jì)算出在室溫下“碘鐘反應(yīng)”的反應(yīng)速率常數(shù)。2、反應(yīng)活化能的確定根據(jù)Arrhenius公式六．?dāng)?shù)據(jù)處理與分析與ln的關(guān)系見(jiàn)表3。表3與的關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)濃度(mol/L)時(shí)間Δt/s10.08025.88-2.526-3.253520.04051.62-3.219-3.943930.020101.09-3.912-4.6160根據(jù)表3的數(shù)據(jù)作圖，見(jiàn)圖1。圖1與ln關(guān)系圖由圖1可知m=1.009與的關(guān)系見(jiàn)表4。表4與的關(guān)系數(shù)據(jù)表序號(hào)濃度(mol/L)時(shí)間Δt/s10.08025.88-2.526-3.258340.04052.22-3.219-3.955550.020102.72-3.912-4.6320根據(jù)表4的數(shù)據(jù)作圖2。圖2.與的關(guān)系圖由圖2知n=1.0215.2反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定我們根據(jù)(6)式可知，知道m(xù)，n，這樣就可以計(jì)算出反應(yīng)速率常數(shù)的值了。表5反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定（21.0℃條件下）序號(hào)12345溶液濃度(mol/L)0.0800.0400.0200.0800.080溶液濃度(mol/L)0.0800.0800.0800.0400.020溶液濃度(mol/L)0.00160.00160.00160.00160.0016時(shí)間Δt/s25.8851.62101.0952.22102.72反應(yīng)速率常數(shù)0.02080.02100.02160.02100.0216反應(yīng)速率常數(shù)的平均值0.0212同理可以計(jì)算25℃和31℃時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)k。表625℃和31℃時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)k序號(hào)25℃31℃溶液濃度(mol/L)0.0800.080溶液濃度(mol/L)0.0800.080溶液濃度(mol/L)0.00160.0016時(shí)間Δt/s21.8415.97反應(yīng)速率常數(shù)0.02470.03385.3反應(yīng)活化能的測(cè)定計(jì)算得與的關(guān)系如表7所示：表7與的關(guān)系表序號(hào)溫度/℃速率常數(shù)1294.150.003400.0212-3.8542298.150.003350.0247-3.7013304.150.003290.0338-3.387作lnk和1/T的關(guān)系圖圖3lnk和1/T的關(guān)系圖由（8）式可知Ea=8.314*4273=35.53KJ/mol5.4反應(yīng)結(jié)果的表達(dá)：a）.反應(yīng)級(jí)數(shù)：測(cè)得[S2O82-]的反應(yīng)級(jí)數(shù)m=1.009，[I-]的反應(yīng)級(jí)數(shù)n=1.021，總的反應(yīng)級(jí)數(shù)m+n=2.030b）.反應(yīng)速率常數(shù)：在21oC條件下，該反應(yīng)的速率常數(shù)為0.0