无机分析化学-化学反应和速率活化能的测定

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一、实验目的
1.通过实验了解浓度、温度和催化剂对反应速率的影响。

2.了解(NH₄)₂S₂O₈氧化KI的反应速率的测定原理和方法。

3.学习作图法处理实验数据。

二、实验原理

(NH₄) ₂S₂O₈和KI在水溶液中发生如下反应：

S₂O₈^2-+3I^-＝2SO₄^2-+I^3- （1）

这个反应的平均反应速率为：

v=kc^m(S₂O₈^2-)cⁿ(I^-)

式中：v—反应的平均反应速率；

c(S₂O₈^2-)—S₂O₈^2-的起始浓度；

c(I^-)—I^-的起始浓度；

k—该反应的速率系数；

m, n—反应物的反应级数,(m+n)为该反应的总级数。

为了测出在一定时间dt内S₂O₈^2-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：

2S₂O₃^2- + I^3-= S₄O₆^2- + 3I^- （2）

由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I^3-会立即与S₂O₃^2-反应生成无色的S₄O₆^2-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I^3-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 S₂O₈^2-就要消耗2 mol的S₂O₃^2-，即：

dc（S₂O₈^2-）=1/2dc（S₂O₃^2-）

由于在dt时间内，S₂O₃^2-已全部耗尽，所以dc（S₂O₃^2-）实际上就是反应开始时Na₂S₂O₃的浓度，即 -dc（S₂O₃^2-）=c₀（S₂O₃^2-）。

这里的c₀（S₂O₃^2-）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dc（S₂O₃^2-）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dt，就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率，

v=dc（S₂O₈^2-）/dt=1/2dc（S₂O₃^2-）/dt

根据 v=kc^m(S₂O₈^2-)cⁿ(I^-)，两边取对数可得

lgv=mlgc(S₂O₈^2-) + nlgc(I^-) + lgk,

若设计一组实验保持c(I^-)不变，改变c(S₂O₈^2-)的浓度测其v的变化，以lgv对lgc(S₂O₈^2-)作图，可得一直线，斜率即m;同理，保持c(S₂O₈^2-)不变改变c(I^-)的浓度测其v的变化，以lgv对lgc(I^-)作图，可得一直线，斜率即n，m和n代入方程可得k。

由阿伦尼乌斯方程可得

求出不同温度时的值后，以 lgk对 1/T作图，可得一直线，由直线的斜率可求得反应的活化能。

三、实验器材

仪器：温度计8根（0-100℃）、恒温水浴锅三台，锥形瓶（250ml）8个（标上1-8），量筒[25 ml5个，分别贴上0.2 mol·L^-1 (NH₄)₂S₂O₈，0.2 mol·L^-1 KI，0.2 mol·L^-1 NaCl，0.2 mol·L^-1 (NH₄)₂SO₄，0.01 mol·L^-1 Na₂S₂O₃；5ml 1个，分别贴上0.2％淀粉]，手机计时，玻璃棒。