無機化學實驗四級

無機化學實驗四級第1頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實驗目的：1、了解濃度、溫度和催化劑對反應速度的影響2、測定過二硫酸銨與碘化鉀反應的反應速度3、學會計算反應級數、反應速率常數和反應的活化能。第2頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

1.化學反應速率的表示方法2.濃度、溫度、催化劑對化學反應速率的影響理論基礎3.反應速率常數的意義4.化學反應活化能的意義5.速率常數與活化能的關系5.如何使用作圖法求反應級數、速率常數和活化能6.計時秒表的使用7.恒溫水浴槽的使用實驗十預習要求第3頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月二、實驗用品：儀器：秒表、溫度計（0℃~100℃）、燒杯、量筒、試管、玻璃棒、酒精燈、三角架、石棉網液體藥品：

(NH4)2S2O8（0.20mol·L－1）、KI（0.20mol·L－1）

KNO3（0.20mol·L－1）、Na2S2O3（0.010mol·L－1）（NH4)2SO4（0.20mol·L－1）、Cu(NO3)2（0.020mol·L－1），淀粉（0.4％）第4頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月對于一般的化學反應：速率常數+為反應級數速率方程三、實驗原理：第5頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月問題：什么是速率方程？表示反應物濃度與反應速率關系的方程。怎么得到速率方程？速率方程是由實驗確定的。第6頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月①k為單位濃度時的反應速率；②k由化學反應本身決定，是化學反應在一定溫度時的特征常數與反應物的濃度無關；③相同條件下，k值越大，反應速率越快；④k的數值隨溫度變化，溫度升高，k

增大。問題：什么是速率常數？第7頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月反應級數——速率方程中各濃度的指數稱為相應物質的反應級數?？偡磻墧怠俾史匠讨懈魑镔|濃度的指數的代數和。第8頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月速率方程的應用半衰期：當反應物A的轉化率為50%時所需的反應時間稱為半衰期，用t1/2

表示。

半衰期是衡量化學反應快慢的一個重要指標，常用來表示放射性同位素的衰變特征。

美國科學家利比因發(fā)明利用測定放射性14C確定地質年代的方法獲1960年諾貝爾獎。第9頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月理論要點：有效碰撞：能發(fā)生反應的分子間碰撞稱為有效碰撞?；罨肿樱耗馨l(fā)生有效碰撞的分子稱為活化分子。活化能：活化分子的平均能量與反應物分子平均能量差為活化能Ea。第10頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

在水溶液中S2O82－與I－發(fā)生如下反應：

S2O82－+3I－==2SO42－+I3－

(1)

設反應的速率方程可表示為：

v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)其中，v是反應速率，k

是速率常數，C(S2O82－)、C

(I-）是即時濃度，m、n之和為反應級數。第11頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

通過實驗能測定在單位時間內反應的平均速率，如果在一定時間Δt內S2O82－濃度的改變量為ΔC(S2O82－)，則平均速率表示為：

v平＝－當Δt→0時，v＝limv平則有v=k·Cm(s2o8)·Cn(I-)＝－Δt用秒表測量Δt→0

第12頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

為了測定在一定時間Δt內S2O82－濃度的改變量，在將S2O82－與I－混合的同時，加入定量的Na2S2O3溶液和淀粉指示劑。這樣在反應（1）進行的同時，也進行如下的反應：

2S2O32－+I3－

＝

S4O62－+3I－

（2)

反應（2）進行得很快，瞬間即可完成。而反應(1)卻要比反應(2)慢得多。由反應(1)生成的I3－，立即與S2O32－反應，生成無色的S4O62－和I－。因此，在反應剛開始的一段時間內看不到I3－與淀粉所呈現的特有藍色。當S2O32－耗盡時，由反應（1）繼續(xù)生成的I3－很快與淀粉作用而呈現藍色。第13頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

由反應式(1)和(2)可以看出，S2O62－濃度減少量等于S2O32－濃度減少量的1/2。由于溶液呈現藍色標志著S2O32－全部耗盡。所以，從反應開始到出現藍色這段時間Δt內，S2O32－濃度的改變實際上就是S2O32－初始濃度。第14頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月

由于每份混合液中S2O32－的初始濃度都相同，因此Δc(S2O82－)也都是相同的。這樣，只要記下從反應開始到溶液剛呈現藍色所需的時間Δt，就可以求出初反應速率。

利用求得的反應速率，可計算出速率常數k和反應級數m、n,確定速率方程。第15頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗步驟：（一）濃度對化學反應速率的影響在室溫下，按表1中實驗編號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，同時按動秒表計時。觀察溶液，剛一出現藍色立即停止計時。記錄反應時間。

第16頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月四、實驗內容(一)濃度對化學反應速率的影響

用同樣方法按表1的用量進行編號2、3、4、5的實驗。20.0mL0.20mol·L-1

KI溶液8.0mL0.010mol.L-1

Na2S2O3溶液

2.0mL0.4%

淀粉溶液

20.0mL0.20mol·L-1（NH4）2S2O8

溶液

混合均勻立即計時不斷攪動迅速①②④③①加20.0mL0.20mol·L-1

KI溶液

②加8.0mL0.010mol·L-1

Na2S2O3溶液③加2.0mL0.4%淀粉溶液

④混合均勻⑤20.0mL0.20mol·L-1（NH4）2S2O8溶液

迅速倒入上述混合液中⑥同時啟動秒表，并不斷攪動

⑦當溶液剛出現藍色時，立即按停秒表，記錄反應時間和溫度

第17頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月為了使溶液的離子強度和總體積不變，在編號2~5的實驗中，缺少的KI、(NH4)2S2O8的量分別用KNO3或(NH4)2SO4溶液補足。

第18頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月實

驗

編

號12345V/mL0.20mol·L－1(NH4)2S2O820.010.05.0

20.0

20.00.20mol·L－1KI20.020.0

20.010.05.00.010mol·L－1Na2S2O3

8.0

8.0

8.0

8.0

8.00.4%淀粉溶液

2.0

2.0

2.0

2.0

2.00.20mol·L－1KNO3

0

0

0

10.0

15.00.20mol·L－1(NH4)SO4

0

10.015.0

0

0起始濃度mol·L－1(NH4)2S2O8

KI

Na2S2O3

反應時間Δt/s

S2O82－的濃度變化Δc(S2O82－)/mol·L－1

反應速率v

表1濃度對反應速率的影響

第19頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗編號12345lgνlgcS2O8

2-lgcI

-mn反應速率常數klgν=mlgcS2O8

2-

+

nlgc

I

-

+lgk

反應級數和反應速率常數的計算第20頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月①KI（10.0mL）、Na2S2O3（8.0mL）、

KNO3（10mL）、淀粉溶液（2.0mL）混合于大燒杯(按表1實驗4中的藥品用量混合)②取20.0mL(NH4)2S2O8于小燒杯③大、小燒杯同時冰水浴，至0℃時，迅速混合、計時并不斷攪拌。④當溶液剛出現藍色時，記錄反應時間。（此實驗編號為6）同樣方法在熱水中進行高于室溫10℃和20oC的實驗。此實驗編號記為7、8。

（二）溫度對化學反應速率的影響

第21頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月表2溫度對反應速率的影響實

驗

編

號678反應溫度/℃

反應時間Δt/s

反應速率

將此3次實驗數據和實驗4的數據進行比較。第22頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月①KI（10.0

mL）、Na2S2O3（8.0mL）、

KNO3（10mL）、淀粉溶液（2.0mL）混合于150mL燒杯(按表1實驗4中的藥品用量混合)②加入2滴Cu(NO3)2溶液，攪勻③迅速加入過二硫酸銨溶液，攪動、計時④與表1中實驗4的反應速率定性地比較，結論：

（三）催化劑對反應速率的影響第23頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月五、數據處理1、反應級數和反應速度常數的計算將反應速度表示式v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)兩邊取對數：lgv=mlgC(S2O82－)+nlgC(I-)+lgk

當C(I-)不變時，以lgv對lgC(S2O82－)作圖，可得一直線，斜率即為m。同理，當C(S2O82－)不變時，以lgv對lgC(I-)

作圖，可求得n。此反應的級數則為m+n。將求得的m和n代v=k·Cm(S2O82－)·Cn(I-)即可求得反應速度常數k。第24頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月2、求反應的活化能反應速率常數k與溫度T之間的關系為：

lgk=A-Ea/2.30RT

式中Ea為反應的活化能，R為氣體常數，T為熱力學溫度。測出不同溫度時的k值，以lgk對1/T作圖，可得一直線．由直線斜率(等于-Ea/2.30R),可求得反應的活化能Ea。

該反應的活化能理論值為51.8kJ·moL-1。

注意：凡是作直線求斜率的數據處理，也可以用兩點坐標通過計算求得。第25頁，課件共29頁，創(chuàng)作于2023年2月注意事項：按照1、嚴格合理順序混合藥品。2、取用藥品要用專用量筒，不可混用。3、加入(NH4)2S2O8溶液的同時記錄時間，按