《工程化学实验》教案
化学反应速率与活化能的测定
实验目的
1． 了解浓度、温度及催化剂对化学反应速率的影响。
2． 测定（NH4）2S2O8与KI反应的速率、反应级数、速率系数和反应的活化能。
实验原理
（NH4）2S2O8和KI在水溶液中发生如下反应：
S2O82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO42- (aq)+ I3-(aq) （1）
这个反应的平均反应速率为
?c(S2O82?) = kc?(S2O82?)?v= - c?(I?) ?t式中：v ── 反应的平均反应速率；
?c(S2O82?) ── ?t时间内S2O82?的浓度变化；
c(S2O82?)，c(I?) ── S2O82?，I?的起始浓度；
k ── 该反应的速率系数；
?,? ──反应物S2O82?，I?的反应级数，?????为该反应的总级数。
为了测出在一定时间（?t）内S2O82-的浓度变化，在混合(NH4)2S2O8和KI溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生：
2S2O32- (aq) + I3－(aq) ══ S4O62-(aq) + 3I-(aq) （2）
由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I3－会立即与S2O32-反应生成无色的S4O62-和I-。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na2S2O3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。
由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S2O82- 就要消耗2 mol 的S2O32-，即
12?c（S2O8
的浓度，即
2-
）=
?c（S2O3
2-
）
由于在?t时间内，S2O32-已全部耗尽，所以?c（S2O32-）实际上就是反应开始时Na2S2O3－?c（S2O32-）=
c0（S2O3
2-
）
这里的c0（S2O32-）为Na2S2O3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na2S2O3的起
始浓度都相同，因而?c（S2O32-）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间（?t），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：
?c(S2O8)=?v=??t2??c?S2O32??c0?S2O32??2?t=
2?t
按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得反应的总级数（α+β），再由k 由Arrhenius方程得
?vc??SO??c?I?2???求出反应的速率系数k。
28Ealg?k??A?2.303RT
式中：Ea── 反应的活化能；
R ── 摩尔气体常数，R= 8.314 J·mol
-1
·K-1 ;
T ── 热力学温度 求出不同温度时的k值后，以lg可求得反应的活化能Ea。
Cu2+可以加快(NH4)2S2O8与KI反应的速率，Cu2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。
?k?对
Ea?1?作图，可得一直线，由直线的斜率???T2.303R??仪器、药品及材料
仪器：恒温水浴一台，烧杯（50ml）5个（标上1、2、3、4、5），量筒[10ml4个，分别贴上0.2mol·L-1(NH4)2S2O8，0.2mol·L-1KI，0.2mol·L-1KNO3，0.2mol·L-1(NH4)2SO4；5ml 2个，分别贴上0.05 mol·L-1Na2S2O3，0.2％淀粉]，秒表1块，玻璃棒或电磁搅拌器。
药品：(NH4)2S2O（L-1），KI（0.2mol·L-1），Na2S2O（L-1）, KNO（L-1）, 80.2mol·30.05mol·30.2mol·(NH4)2SO4（0.2mol·L-1）,淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3)2（0.02mol·L-1）。
实验步骤
1. 浓度对反应速率的影响，求反应级数、速率系数
在室温下，按表1所列各反应物用量，用量筒准确量取各各试剂，除0.2mol·L-1(NH4)2S2O8溶液外，其余各试剂均可按用量混合在各编号烧杯中，当加入0.2mol·L-1(NH4)2S2O8溶液时，立即计
时，并把溶液混合均匀（用玻璃棒搅拌或把烧杯放在电磁搅拌器上搅拌），等溶液变蓝时停止计时，记下时间?t和室温。
计算每次实验的反应速率v，并填入表1中。
表1 浓度对反应速率的影响 室温：15℃
实验编号 V[(NH4)2S2O8]/mL V(KI)/mL V(Na2S2O3)/mL V(KNO3)/mL V[(NH4)2SO4]/mL V(淀粉溶液)/mL C0(S2O82-)/(mol·L-1) C0(I-)/(mol·L-1) C0(S2O32-)/(mol·L-1) △t/s △C(S2O32-)/(mol·L-1) v/ （mol·L-1·s-1） k/[(mol·L-1)1-α-β·s-1] C0α（S2O82-） C0β（I-） 1 10 10 3 1 2 5 10 3 5 1
3 2.5 10 3 7.5 1 4 10 5 3 5 1 5 10 2.5 3 7.5 1 用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式k?vc??SO??c?I?2???求出各实验的k，并把计算结果填入表
281中。
2. 温度对反应速率的影响，求活化能
按表1中实验1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃和15℃的温度下进行实验。这样就可测得这三个温度下的反应时间，并计算三个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入表2中。
表2 温度对反应速率的影响
实验编号 T/K △t/s v/(mol·L·s) k/[(mol·L)1 6 7 8 -1-1-11-α-β1·s] lg｛k｝ /（K-1） T-1 利用表2中各次实验的k和T，作lg的活化能Ea。
3. 催化剂对反应速率的影响
?k?-1T图，求出直线的斜率，进而求出反应（1）
在室温下，按表1中实验1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol·L-1Cu(NO3)2
溶液[为使总体积和离子强度一致，不足10滴的用0.2mol·L-1(NH4)2SO4溶液补充]。
表3 催化剂对反应速率的影响
实验编号 加入Cu(NO3)2溶液(0.02mol·L-1)的滴数 反应时间?t9 1 -110 5 11 10 s -1反应速率v/ (mol·L·s) 将表3中的反应速率与表1中的进行比较，你能得出什么结论？
思考题
1. 若用I-（或I3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则v和k是否和用S2O82-的浓度变化表示的一样？
2. 实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？