化学反应速率和活化能

实验十

化学反应速率和活化能

一、实验目的：1、了解浓度、温度和催化剂对反应速度的影响 2、测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速度 3、学会计算反应级数、反应速率常数和反应的 活化能。

实验十预习要求1.化学反应速率的表示方法 2.浓度、温度、催化剂对化学反应速率的影 响理论基础 3.反应速率常数的意义 4.化学反应活化能的意义 5.速率常数与活化能的关系 5.如何使用作图法求反应级数、速率常数和 活化能 6.计时秒表的使用 7.恒温水浴槽的使用

二、实验用品：仪器：秒表、温度计(0℃~100℃)、烧杯、量筒、 试管、玻璃棒、酒精灯、三角架、石棉网 液体药品：(NH4)2S2O8(0.20 mol·L-1)、KI(0.20 mol·L-1) KNO3(0.20 mol·L-1)、Na2S2O3(0.010 mol·L-1) (NH4)2SO4(0.20 mol·L-1)、Cu (NO3)2(0.020

mol·L-1),淀粉(0.4 %)

三、实验原理：对于一般的化学反应：

aA bB yY zZ + 为反应级数

r kcA cB速率常数 速率方程

问题： 什么是速率方程？ 表示反应物浓度与反应速率

关系的方程。 怎么得到速率方程？

速率方程是由实验确定的。

问题：什么是速率常数？ ① k为单位浓度时的反应速率； ② k由化学反应本身决定，是化学反应 在一定温度时的特征常数与反应物的 浓度无关； ③ 相同条件下，k值越大，反应速率越 快； ④ k的数值随温度变化，温度升高， k 增大。

反应级数——速率方程中各浓度的指 数称为相应物质的反应级数。 总反应级数——速率方程中各物质浓 度的指数的代数和。

速率方程的应用半衰期： 当反应物A的转化率为50%时所需的

反应时间称为半衰期，用t1/2 表示。半衰期是衡量化学反应快慢的一个 重要指标，常用来表示放射性同位素的 衰变特征。 美国科学家利比因发明利用测定放射性14C 确定地质年代的方法获1960年诺贝尔奖。

理论要点：

有效碰撞：能发生反应的分子间碰撞称为有效碰撞。 活化分子：能发生有效碰撞的分子称为 活化分子。 活化能：活化分子的平均能量与反应物 分子平均能量差为活化能Ea。

Ea E E k*

在水溶液中S2O82-与I-发生如下反应： S2O82-+ 3I-==2SO42-+I3- 设反应的速率方程可表示为： v =k ·Cm(S2O82-)·Cn(I-) 其中，v是反应速率，k 是速率常数，C(S2O82-)、 C (I-)是即时浓度，m、n之和为反应级数。 (1)

通过实验能测定在单位时间内反应的平均速 率，如果在一定时间Δt内S2O82-浓度的改变量为 ΔC(S2O82-) ,则平均速率表示为：

2 c(S2O8 ) 2 v平=- k c x (S2O8 ) c y (I t

当Δt→ 0时， v=lim v平Δt →0

2 c(S2O8

) 则有v =k ·Cm(s2o8)·Cn(I-)=- k c x (S2O t Δt用秒表测量

为了测定在一定时间Δt内S2O82-浓度的改变 量，在将S2O82- 与I - 混合的同时，加入定量的 Na2S2O3 溶液和淀粉指示剂。这样在反应(1) 进行的同时，也进行如下的反应： 2S2O32-+ I 3 - = S4O62-+ 3I- (2) 反应(2)进行得很快，瞬间即可完成。而 反应(1)却要比反应(2)慢得多。由反应(1)生成的 I 3 -,立即与S2O32-反应，生成无色的S4O62-和 I - 。因此，在反应刚开始的一段时间内看不到 I3-与淀粉所呈现的特有蓝色。当S2O32-耗尽时， 由反应(1)继续生成的I3 - 很快与淀粉作用而 呈 现蓝色。

由反应式(1)和(2)可以看出，S2O62- 浓度

减少量等于S2O32-浓度减少量的1/2。由于溶液呈现蓝色标志着S2O32- 全部耗

尽。所以，从反应开始到出现蓝色这段时间Δt内，S2O32-浓度的改变实际上就是S2O32-初始

浓度。

1 1 2 2 c(S2O ) c(S2O3 ) c0 (S2O3 ) 2 22 8

由于每份混合液中S2O32-的初始浓度都

相同，因此Δc(S2O82-)也都是相同的。这样，只要记下从反应开始到溶液刚呈现蓝色所需

的时间Δt,就可以求出初反应速率。利用求得的反应速率，可计算出速率常数k 和反应级数m、n ,确定速率方程。

四、实验步骤：(一)浓度对化学反应速率的影响 在室温下，按表1中实验编号1的用量，分别 用量筒量取KI,Na2S2O3和淀粉溶液于烧杯中，用

玻璃棒搅拌均匀。再量取(NH4)2S2O8 溶液，迅速加到盛有混合溶液的烧杯中，立刻用玻璃棒将溶

液搅拌均匀，同时按动秒表计时。观察溶液，刚一出现蓝色立即停止计时。记录反应时间。