反應(yīng)速率常數(shù)與活化能

大學(xué)化學(xué)結(jié)課論文反應(yīng)速率常數(shù)與活化能院係） 專業(yè) 學(xué)生 學(xué)號(hào) 班號(hào) 指導(dǎo)教師 日期 哈爾濱工業(yè)大學(xué)2014年12月反應(yīng)速率常數(shù)與活化能摘要:反應(yīng)速率常數(shù)與活化能是大學(xué)化學(xué)的一個(gè)重要部分，反應(yīng)速率常數(shù)與活化能的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)通過對(duì)畫和酸性K1的反應(yīng)的研究與計(jì)算，得到了反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)和活化能。本文主要對(duì)此實(shí)驗(yàn)進(jìn)行分析，并對(duì)反應(yīng)速率常數(shù)和活化能進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。關(guān)鍵詞：活化能；反應(yīng)速率；實(shí)驗(yàn)。DeterminationofthereactionrateconstantandactivationenergyAbstract:thereactionrateconstantandactivationenergyisanimportantpartofcollegechemistry,andthedeterminationofreactionrateconstantandactivationenergyofexperimentthroughreactionofH_20_2andacidicKIresearchandcalculation,getthereactionrateconstantandactivationcncrgyTofthereaction.Inthispaper,thisexperimentisanalyzed,andthereactionrateconstantandactivationuiiurgyarcbrieflyintroduced.Keywords:activationenergy;Thureactionrate.Theexperiment.反應(yīng)速率常數(shù)與活化能的測(cè)定的實(shí)驗(yàn)，利用畫和酸性K1的反應(yīng)，通過一系列的實(shí)驗(yàn)觀察與計(jì)算，研究了反應(yīng)速率的影響因素，計(jì)算得到了反應(yīng)速率常數(shù)與活化能。一、實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介1、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩W(xué)會(huì)測(cè)定化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)和活化能；了解溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響。2、 實(shí)驗(yàn)原理：反應(yīng)方程式4）卩2+淀粉-藍(lán)色2.3035

k=—^IgT速率常數(shù)表達(dá)式：——4式中怙：〃2°2在時(shí)間I=0時(shí)的濃度;目.卩2°2任時(shí)間t時(shí)苗頑利用阿累尼烏斯公式:利用阿累尼烏斯公式:式中樸、樹—在溫度Pl]|時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)；E——反應(yīng)的活化能；R—理想氣體常數(shù)。3、實(shí)驗(yàn)過程1）酸性腆化鉀溶液的配制取250ml容量瓶，加入30ml0.4molEZZkl溶液，加水到容量瓶體積的2/3處后，再加入15ml3moJIO墜可及3ml淀粉溶液，加水稀釋到刻度，搖勻。將全部溶液倒入1000“的燒杯內(nèi)。2）室溫時(shí)叵反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定在裝有反應(yīng)液的燒杯中放入一磁于，將燒杯放在磁力攪拌器上攪拌。用注射器取O.lOOOmolLUj匝！囤溶液注入燒杯中，然后用移液管吸取10mlO.lOOOmolEH]S溶液加入此燒杯中，反應(yīng)開始進(jìn)行。當(dāng)溶液第一次出現(xiàn)藍(lán)色時(shí)，隨即啟動(dòng)電于秒表，并立即加入lml凹迥容液（注意：按表和注入要同時(shí)進(jìn)行）。當(dāng)藍(lán)色第二次出現(xiàn)時(shí)，利用電于秒表的取樣功能，記錄時(shí)間數(shù)據(jù)，同時(shí)再加入前呻2。3|溶液，以此類似，每當(dāng)藍(lán)色出現(xiàn)時(shí)，均計(jì)時(shí)并加入1神吋2。3|■溶液，直到記錄5次時(shí)間數(shù)據(jù)為止。3）高于室溫10攝氏度時(shí)反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定同前配制溶液。將盛有反應(yīng)液的燒杯放到恒溫水浴上加熱，當(dāng)加熱到高于原始溶液溫度10攝氏度時(shí)，將燒杯移至磁力攪拌器上攪拌。由于在高溫時(shí)，反應(yīng)速率很快，反應(yīng)時(shí)間很短，而所用反應(yīng)溶液又較多，所以在測(cè)定過程中，溫度下降不多，可以滿足測(cè)量精度。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果第一次第二次第三次第四次第五次時(shí)間/s130264447670950丁2時(shí)間/s61138232351507Ea(kj?moC1}55.8647.8948.4247.7346.36平均Eq(財(cái)■mor149.25由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看岀，溫度越高，反應(yīng)速率越快。而且活化能不是一個(gè)定值，測(cè)量過程中也存在誤差，測(cè)量結(jié)果必然存在一定的誤差。二、理論簡(jiǎn)介與分析1、 反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)即化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的快慢。用單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物濃度的減少或生成物濃度的増加量來表示。可通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定。除了反應(yīng)物的性質(zhì)以外，濃度、溫度和催化劑也是影響反應(yīng)速率的重要因素。氣體還有壓強(qiáng)。氣體反應(yīng)的快慢還與壓力有關(guān)。增加反應(yīng)物的濃度，即増加了單位體積內(nèi)活化分于的數(shù)目，從而增加了單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物分于有效碰撞的次數(shù)，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。提高反應(yīng)溫度,即増加了活化分于的百分?jǐn)?shù)，也增加了單位時(shí)間內(nèi)反應(yīng)物分于有效碰撞的次數(shù)，導(dǎo)致反應(yīng)速率加快。使用正催化劑，改變了反應(yīng)歷程，降低了反應(yīng)所需的活化能。2、 活化能活化能是指化學(xué)反應(yīng)中，由反應(yīng)物分于到達(dá)活化分于所需的最小能量。以酶和底物為例,二者自由狀態(tài)下的勢(shì)能與二者相結(jié)合形成的活化分于的勢(shì)能之差就是反應(yīng)所需的活化能，因此不是說活化能存在于細(xì)胞中，而是細(xì)胞中的某些能量為反應(yīng)提供了所需的活化能?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與其活化能的大小密切相關(guān)，活化能越低，反應(yīng)速率越快，因此降低活化能會(huì)有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。酶通過降低活化能（實(shí)際上是通過改變反應(yīng)途徑的方式降低活化能）來促進(jìn)一些原本很慢的生化反應(yīng)得以快速進(jìn)行。3、 過氧化氫與酸性碘化鉀反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)回與酸性KI反應(yīng)的化學(xué)方程式：在K1的酸性溶液中，加入一定量的淀粉溶液和迥標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后一次加入一定量的回溶液。有如下反應(yīng):反應(yīng)很慢反應(yīng)很快反應(yīng)很慢反應(yīng)很快反應(yīng)很快反應(yīng)很快<^L=k[H2O2\[r]=k[H2O2]其中k=0(H),上式積分得其中k=0(H),上式積分得一In一=kt2.3031g—=kt%2.3035即:卜=門k2_E1 1再根據(jù)阿累尼烏斯公式愷斤二預(yù)更可電L即可求出活化能。三、 實(shí)驗(yàn)誤差分析1、 溫度的影響溫度會(huì)對(duì)化學(xué)反應(yīng)的速率產(chǎn)生影響，在這次實(shí)驗(yàn)中，第二組高于常溫10攝氏度，在測(cè)量過程中處于室溫條件下，反應(yīng)溶液的溫度會(huì)不斷下降，這會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生影響，但影響過小可以忽略不計(jì)。溫度本身對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率也有影響，一般情況是溫度越高，反應(yīng)速率越快。溫度越高，分于運(yùn)動(dòng)越劇烈，分于碰撞機(jī)會(huì)越多，越容易發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)速率越快。2、 活化能本身的測(cè)定活化能不是一個(gè)定值，測(cè)量過程中也存在誤差，測(cè)星結(jié)果必然存在一定的誤差。但在精度要求不高的情況下，這種實(shí)驗(yàn)方法求出的活化能相對(duì)來講還是比較精確的。四、 反應(yīng)速率常數(shù)與活化能研究的意義使反應(yīng)速率加快?在化工生產(chǎn)中，常控制反應(yīng)條件來加快反應(yīng)速率，以增加產(chǎn)量?有時(shí)也

要采取減慢反應(yīng)速率的措施，以延長(zhǎng)產(chǎn)品的使用時(shí)間?；瘜W(xué)反應(yīng)速率與其活化能的大小密切相關(guān)，活化能越低，反應(yīng)速率越快，因此降低活化能會(huì)有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。酶通過降低活化能（實(shí)際上是通過改變反應(yīng)途徑的方式降低活化能）來促進(jìn)一些原本很慢的生化反應(yīng)得以快速進(jìn)行。活化能是指化學(xué)反應(yīng)中，由反應(yīng)物分于到達(dá)活化分于所需的最小能量。阿侖尼烏斯發(fā)現(xiàn)d（lnk）_E化學(xué)反應(yīng)的速度常數(shù)k和絕對(duì)溫度T之間有12［二目的關(guān)系。這里的E就是活化能。假若把上式積分得到卩nk=】nA-詞,從這個(gè)公式可知，在各種溫度下求得k值，把Ink對(duì)1/T作圖（這圖稱為阿累尼烏斯圖）就得到直線，由于直線的斜率是-E/R,因而可求得E值?；罨艿奈锢硪饬x一般認(rèn)為是這樣：從原反應(yīng)體系到產(chǎn)物的中間階段存在一個(gè)過渡狀態(tài)，這個(gè)過渡狀態(tài)和原系統(tǒng)的能星差就是活化能E,而且熱能RT如不大于E,反應(yīng)就不能進(jìn)行。也就是原系統(tǒng)和生成物系統(tǒng)之間存在著能壘，其高度相當(dāng)于活化能。其后埃林從過渡狀態(tài)（也叫做活性絡(luò)合物）和原系統(tǒng)之間存在著近似的平衡出發(fā)，對(duì)速度常數(shù)K導(dǎo)出了如下的關(guān)系:KRTk為通透系數(shù)，KKRTk為通透系數(shù)，K是波爾茲曼常數(shù)，h是普朗克常數(shù)，囤、”、M分別為活化自由能、活化爛和活化焙。而且活化自由能與活化焙大致相等。裁促反應(yīng)主要就是由于降低了活化自由能?；罨苋缤胶獬?shù)一樣是一個(gè)非常重要的反應(yīng)特征參數(shù)。但是，由于它的定義涉及到分于的平均能量，微觀狀態(tài)的宏觀處理方法，正象被函數(shù)切一樣，其木身很難給出明確的物理意義，也很難從理論上得到普遍的定律和精確的計(jì)算公式，以至造成概念說法多種多樣。不過,討于我們來說，從鍵能、反應(yīng)熱蒸氣壓、嫡變等等實(shí)驗(yàn)測(cè)定反應(yīng)活化能,搞清其密響因素和變化規(guī)律，倒是更感興趣和有著實(shí)際意義。因此，從某種意義來說，目前活化能的定義和概念，正如活化絡(luò)合物一樣是一個(gè)過渡性的定義，隨著墨于化學(xué)，分于結(jié)構(gòu)研究的深入，實(shí)驗(yàn)手段的加強(qiáng),活化能將越來越被人們所認(rèn)識(shí)，也一定會(huì)得到統(tǒng)一的命若和概念，找到精確的普遍適用的計(jì)算方法。五、參￥文獻(xiàn)［1］ 胡立江.尤宏.郝素娥?工科大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第4版）哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.2013.09［2］ 強(qiáng)亮生