实验 化学反应速率与活化能
一、教学要求：
1、掌握浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响；
2、学习测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率的方法；
3、利用实验数据会计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。
二、预习内容：
1、化学反应速率的表示方法；
2、浓度、温度和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；
6、如何使用作图法求反应的速率常数、反应级数和反应的活化能；
7、计时秒表的使用；
8、恒温水浴槽的使用；
三、基本操作： 四、实验原理：
在水溶液中过二硫酸铵与碘化钾反应为：
(NH 4)2S 2O 8 + 3KI === (NH 4)2SO 4 + K 2SO 4 + KI 3
其离子反应为： S 2O 82- + 3I - === SO 42- + I 3- （1） 反应速率方程为： n
I m O S c kc r --⋅=28
2
式中r 是瞬时速率。
若-28
2O S c 、-I c 是起始浓度，则r 表示初速率(v 0)。
在实验中只能测定出在一段
时间内反应的平均速率。
t
c r O S ∆∆-=
-
28
2
在此实验中近似地用平均速率代替初速率：
t
c c
kc
r O S n I m
O S ∆∆-=
=-
-
-28
2
28
20
为了能测出反应在△t 时间内S 2O 82-浓度的改变量，需要在混合(NH 4)2S 2O 8 和KI 溶液的同时，加入一定体积已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉溶液，这样在（1）进行的同时还进行着另一反应：
2S 2O 32- + I 3- === S 4O 62- + 3I - （2）
此反应几乎是瞬间完成，（1）反应比（2）反应慢得多。
因此，反应（1）生成的I 3-立即与S 2O 32-反应，生成无色S 4O 62-和I -，而观察不到碘与淀粉呈现的特征蓝色。
当S 2O 32-消耗尽，（2）反应不进行，（1）反应还在进行，则生成的I 3-遇淀粉呈蓝色。
从反应开始到溶液出现蓝色这一段时间△t 里，S 2O 32-浓度的改变值为：
）O S ）O S ）O S O S c c c c 始始终(((23
223
223
223
2][----=--=∆
再从（1）和（2）反应对比，则得：
2
(23
2
28
2
）
O S O S c c 始--=
∆
通过改变S 2O 82- 和I -的初始浓度，测定消耗等量的S 2O 82- 的物质的量浓度-∆28
2O S c 所需的不同时间
间隔，即计算出反应物不同初始浓度的初速率，确定出速率方程和反应速率常数。
五、实验步骤
1．浓度对化学反应速率的影响 按下表各溶液用量进行实验。
2．温度对化学反应速率的影响
按上表实验Ⅳ的药品用量，在高于室温10℃，15℃，20℃的温度条件下进行实验。
其它操作步骤3．催化剂对化学反应速率的影响
按实验Ⅳ药品用量进行实验，在(NH 4)2S 2O 8溶液加入KI 混合液之前，先在KI 混合液中加入2滴Cu(NO 3)2(0.02mol/L)溶液，搅匀，其它操作同实验1。
4．思考题及答案
思考题1：反应液中为什么加入KNO 3、(NH 4)2SO 4？
思考题2：取(NH 4)2S 2O 8试剂量筒没有专用，对实验有何影响？
思考题3：(NH 4)2S 2O 8缓慢加入KI 等混合溶液中，对实验有何影响？ 思考题4：催化剂Cu(NO 3)2为何能够加快该化学反应的速率？
思考题1：答：实验中(NH 4)2S 2O 8、KI 溶液不足量，分别用(NH 4)2SO 4、KNO 3补足，目的是使反应液中
的离子强度不变。
思考题2：答：(NH 4)2S 2O 8会与KI 提前反应，会与Na 2S 2O 3发生副反应，无法保证各自的初始浓度。
思考题3：答：不能保证(NH 4)2S 2O 8的初始浓度，测得的反应速率减慢。
思考题4：答：Cu(NO 3)2此时为正催化剂，可减小化学反应的活化能，从而使化学反应的速率加快。
六、存在的问题和注意事项：
1、量筒取药品不得混用，做好标记，KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4可使用同一个量筒量取，(NH 4)2S 2O 8必须单独使用一个量筒。
2、KI 、Na 2S 2O
3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4混合均匀后，最后将(NH 4)2S 2O 8溶液迅速倒入上述混合液中（防止过二硫酸铵与硫代硫酸钠相互作用），同时启动秒表，并且搅拌，溶液刚出现蓝色立即按停秒表：温度对化学反应速率的影响时，先将各试剂混合，KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH 4)2SO 4混合液和(NH 4)2S 2O 8溶液要分别浴加热至一定温度后再合并。
3、恒温箱温度与反应溶液温度略有差别，从室温依次升高至预定温度再进行实验。
温度大致依次升高10℃、15℃、20℃，不一定很准确，只需准确记录实际反应的温度，代入计算即可。
七、深入讨论
1、如何根据所得实验数据计算反应级数和反应速率常数？
n
I
m O S c kc r --⋅=28
2 两边取对数： k c n c m r I O S lg lg lg lg 28
2++=--
当-I c 不变（实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）时，以v lg 对-28
2lg O S c 作图，得直线，斜率为m 。
同理，当-28
2O S c 不
变（实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ）时，以r lg 对-I c lg 作图，得n ，此反应级数为m+n 。
利用实验1一组实验数据即可求出反应速率常数k 。
2、如何根据实验数据计算反应活化能？
RT
E A k a
30.2lg -
=
测出不同温度下的k 值，以k lg 对T
1
作图，得直线，斜率为R E a 30.2-，可求出反应的活化能E a 。
八、测试题
测试题1：改变反应温度，能显著影响反应速率（）A. 正确；B. 错误；
测试题2：本实验操作中记时是否准确，对实验结果没有影响（）A. 正确；B. 错误；
测试题3：实验中加入KNO3、(NH4)2SO4以保持实验溶液中离子强度不变（）A. 正确；B. 错误；测试题4：实验中待反应溶液出现蓝色时，说明过二硫酸铵与碘化钾反应终止（）A. 正确；B. 错误；测试题5：本实验除了可以用过二硫酸铵的浓度变化表示反应速率之外，也可用I-，SO42-，及I3-的浓度变化来表示反应速率（）A. 正确；B. 错误；
测试题6：如果实验中先加(NH4)2S2O8溶液，最后加KI溶液，对实验结果没有影响（）A. 正确；B. 错误；
答案：1、√2、×3、√4、×5、√6、×。