碘“碘钟反应”的动力学和热力学参数的测定

“碘钟反应”的动力学和热力学参数的测定 一．实验目的 用初速法测定碘钟反应的级数和活化能。 二．实验原理 在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应[1]： (1) 我们事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生的少量的 会优先和 反应而被还原成 ： (2) 这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后，(1)式生成的碘才会和淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。由上可知，控制在每个反应中硫代硫酸钠的物质的量均相同，这样从反应开始到出现蓝色的这段时间即可用来度量本反应的初速。 当反应温度和离子强度相同时，(1)式的反应速率方程可写为： (3) 根据(1)式中的反应计量关系，可以认为： (4) 根据(2)式的反应计量关系结合硫代硫酸钠的等量假设，可知 (5) 根据(3)(4)(5)可知， (6) 移项，两边取对数可得 (7) 因而固定 ，以 对 作图，根据直线的斜率即可求出 ；固定 ，同理可以求出 。然后根据求出的 和 ，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数 。 最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现蓝色所需的时间 ，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以 对 作图，根据直线的斜率即可求出活化能。 三．主要的实验仪器及试剂 恒温水浴槽一套； 50mL烧杯两个； 玻璃棒一支； 秒表一只； 0.20M 溶液； 0.20M 溶液； 0.01M 溶液； 4%淀粉溶液； 0.20M 溶液； 0.20M 溶液。 四．实验步骤 1反应级数和速率常数的测定 按照表1所列数据将每组的 溶液、 溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀， 溶液、 溶液和 溶液放入B烧杯中混合均匀。在恒温水浴锅中水浴5分钟然后将两份溶液混合，当混合至一半时开始计时，并不断搅拌，当溶液出现蓝色时即停止计时。 表1 “碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表 序号 1 2 3 4 5 0.20M 溶液/mL 10.0 5.0 2.5 10 10.0 0.20M 溶液/mL 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5 0.01M 溶液/mL 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.4%淀粉溶液/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.20M 溶液/mL 0 0 0 5.0 7.5 0.20M 溶液/mL 0 5.0 7.5 0 0 2反应活化能的测定 按照表1中第2组反应的溶液配制配制溶液，分别在35.0和40.0℃下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间 并记录，要注意必须先将溶液在相应的水浴槽中恒温一段时间，待溶液温度与恒温槽温度相同后再将溶液进行混合。 五．实验数据的记录和处理 1．反应级数和速率常数测定的数据记录 序号 1 2 3 4 5 溶液浓度(mol/L) 0.080 0.040 0.020 0.080 0.080 溶液浓度(mol/L) 0.080 0.080 0.080 0.040 0.020 溶液浓度(mol/L) 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 时间t/s 25.31 59.17 113.50 54.12 95.28 根据表中的这些数据我们可以求出“碘钟反应”的反应级数和在室温下该反应的反应速率常数 ，下面我们就依次求出这几个反应的动力学参数。 2． 反应级数的确定 与 的关系见表3，根据表3的数据作图，见图1。 表3 与 的关系数据表 序号 浓度(mol/L) 时间t/s 1 0.080 25.31 -2.526 -3.231 2 0.040 59.17 -3.219 -4.080 3 0.020 113.50 -3.912 -4.732 图1 与 的关系图 由图可知, 1.0830 - 0.5282 对比(7)式可知，m=1.083这就是 的反应级数。 3． 反应级数的确定 与 的关系见表3，根据表3的数据作图，见图2。 表3 与 的关系数据表 序号 浓度(mol/L) 时间t/s 1 0.080 25.31 -2.526 -3.231 4 0.040 54.12 -3.219 -3.991 5 0.020 95.28 -3.912 -4.557 图2 与 的关系图 由图可知， 0.9567 -0.8467,对比(7)式可知,m=0.9567,这就是 的反应级数。 4．反应速率常数的测定 我们根据(6)可知， ，这样就可以计算出反应速率常数 的值了。 表4 反应速率常数 的测定 序号 1 2 3 4 5 溶液浓度(mol/L) 0.080 0.040 0.020 0.080 0.080 溶液浓度(mol/L) 0.080 0.080 0.080 0.040 0.020 溶液浓度(mol/L) 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 0.0016 时间t/s 25.31 59.17 113.50 54.12 95.28 反应速率常数 0.02184 0.02079 0.02186 0.02182 0.02085 反应速率常数 的平均值 0.02143 由上可知，本反应的速率常数k=0.02183. 5．反应活化能的测定 根据(6)式的推论可知， 与 的关系如表5所示： 表5 与 的关系表 序号 温度 /℃ 速率常数 1 295.2 3.388E-03 0.02143 -4.964 2 306.2 3.267E-03 0.04100 -3.194 3 308.2 3.224E-03 0.05084 -2.979 根据表5，以 对 作图，结果如图3所示，结合Arrhenius公式， (8) 两边同时取对数，可得 (9) 由图可知，线性拟合的结果为ln k=-10116/T + 42.86这样“碘钟反应”的活化能 Ea = 84.10 KJ/mol 图3 与 的关系图 六．实验结论 反应级数为1.083 反应级数为0.9567 活化能Ea = 84.10 KJ/mol 2011级化基X班 XXX 2011301040xxx _1290763543.unknown _1290763561.unknown _1290763579.unknown _1290763588.unknown _1290763593.unknown _1290763597.unknown _1290763602.unknown _1290763604.unknown _1290763605.unknown _1290763606.unknown _1290763603.unknown _1290763599.unknown _1290763601.unknown _1290763598.unknown _1290763595.unknown _1290763596.unknown _1290763594.unknown _1290763590.unknown _1290763592.unknown _1290763589.unknown _1290763584.unknown _1290763586.unknown _1290763587.unknown _1290763585.unknown _1290763581.unknown _1290763583.unknown _1290763580.unknown _1290763570.unknown _1290763575.unknown _1290763577.unknown _1290763578.unknown _1290763576.unknown _1290763573.unknown _1290763574.unknown _1290763571.unknown _1290763566.unknown _1290763568.unknown _1290763569.unknown _1290763567.unknown _1290763564.unknown _1290763565.unknown _1290763562.unknown _1290763552.unknown _1290763557.unknown _1290763559.unknown _1290763560.unknown _1290763558.unknown _1290763555.unknown _1290763556.unknown _1290763553.unknown _1290763548.unknown _1290763550.unknown _1290763551.unknown _1290763549.unknown _1290763546.unknown _1290763547.unknown _1290763544.unknown _1290763525.unknown _1290763534.unknown _1290763539.unknown _1290763541.unknown _1290763542.unknown _1290763540.unknown _1290763537.unknown _1290763538.unknown _1290763535.unknown _1290763530.unknown _1290763532.unknown _1290763533.unknown _1290763531.unknown _1290763528.unknown _1290763529.unknown _1290763526.unknown _1290763516.unknown _1290763521.unknown _1290763523.unknown _1290763524.unknown _1290763522.unknown _1290763519.unknown _1290763520.unknown _1290763517.unknown _1290763512.unknown _1290763514.unknown _1290763515.unknown _1290763513.unknown _1290763509.unknown _1290763510.unknown _1290763508.unknown