实验1化学反应速率和活化能的测定文档格式.docx
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V=)=kc<
n(SQj).c"
(I-)(4)
△r-
为了能够测岀反应在时间内[S2O^-J的改变值,需要在混合(NH4)2S2Os和KI溶液的同时,注入一左体积已知浓度的Na2S?
O3溶液和淀粉溶液,这样在反应
(1)进行的同时还进行下而的反应:
2S2O;
4-I'
=S4O;
+31(5)
这个反应进行得非常快,几乎瞬间完成,而反应
(1)比反应
(2)慢得多。
因此,由反应
(1)生成的口立即与s2o;
-反应,生成无色的S4O;
和I一。
所以在反应的开始阶段看不到碘与淀粉反应而显示的特有蓝色。
但是一当Na2S2O3耗尽,反应
(1)继续生成的b-就与淀粉反应呈现岀特有的蓝色。
由于从反应开始到蓝色出现标志看s2o^-全部耗尽,所以从反应开始到出现蓝色这段时间里,S2O^浓度的改变△00了]实际上就是Na2S2O3的起始浓度。
再从反应式
(1)和(4)可以看岀,S2OJ-减少的量为SQ,减少量的两倍,所以S?
。
;
-在厶时间内减少的量可以从下式求得:
代入(4)式:
由不同浓度下测泄的反应速率,则可求得该反应的总反应级数(m+n),现可进一步求得该反应的速率常数:
(8)
-Ac(S2O^)_-Ac(S2O;
'
)/2
Arcw(S2O^)-cw(r)"
Arcw(S2O^)-cw(r)
根据Arrhenius方程,反应速率常数与温度的关系为:
若测出不同温度下的斤值,并以/伙对〃T作图,则可得一直线,其斜率等于・民/2.303乩因此可通过计算求得该反应的活化能£
no三、试剂与仪器
仪器:
烧杯;
大试管:
量简:
秒表;
温度计。
材料:
冰。
试剂:
(NH4)2S2O8(0・20mol・L“):
KI(0.20mol・L」):
Na2S2O3(0.01mol-L1):
KNO3(O^OmolL1);
(NH4)2SO4(0・20mol・U):
Cu(NO3)2(0・02mol・L“);
淀粉溶液(0.4%)。
四、实验步骤
1.浓度对化学反应速度的影响
在室温条件下按表1规左用量分别进行五组实验,具体操作过程为先按表中数据用量筒分别量取O^Omol-L-1碘化钾、O.OlOmol."
硫代硫酸钠溶液和0.4%淀粉溶液,全部注入烧杯中,混合均匀然后用另一虽:
简取0.2mol・L」过二硫酸钱溶液,迅速倒人上述混和液中,同时开动秒表,并不断搅动,仔细观察。
当溶液刚出现蓝色时,立即按停秒表,记录反应时间和室温。
注:
为了保证每组实验中溶液离子强度和总体枳不变,分别用硝酸钾和硫酸钱来调整。
2.温度对化学反应速率的影响及活化能的测定
按表1实验IV中的药品用量,将装有碘化钾、硫代硫酸钠、硝酸钾和淀粉混合溶液的烧杯和装有过二硫酸彼溶液的小烧杯,放人冰水浴中冷却,待它们温度冷却到低于室温10°
C时,将过二硫酸彼溶液迅速加到碘化钾等混合溶液中,同时汁时并不断搅动,当溶液刚出现蓝色时,记录反应时间。
同样方法在热水浴中进行高于室温10°
C的实验。
将此二次实验数据和实验IV的数据记入表2中进行比较。
用上述三个温度下的反应时间计算反应速率和反应速率常数。
实验编号
I
II
111
1\
V
试剂用M/mL
0・2mol・U过二硫酸钱
20.0
10.0
5.0
0・20mol・L"
碘化钾
O.OlOmolL1硫代硫酸钠
8.0
0.4%淀粉溶液
2.0
0・20mol・L」KNOs
15.0
(NH^SO^O^OmolL1)
混合溶液反应物的起始浓度
/mol-L4
过二硫酸彼
硫代硫酸钠
反应时间At/s
S2O;
-的浓度变化A[S2O^]/mol.L-«
反应速率v(X10-5)
表2温度对化学反应速度的影响
VI
VII
训
反应温度/°
c
反应速率v/mol-L^s'
1
反应速率常数kllgk
1/T
3.催化剂对化学反应速率的影响
按表1实验【V的用量,把碘化钾、硫代硫酸钠、硝酸钾和淀粉溶液加到150ml烧杯中再加入2滴0.02mol-L1硝酸铜溶液,搅匀,然后迅速加入过二硫酸彼溶液,搅动并记时,将此实验的反应速率与表1中实验IV的反应速率进行比较可得到什么结论。
五、数据处理
1.反应级数和反应速率常数的计算
将上述反应速率表达式(4)两边取对数:
Igv=mlgc(S,Og'
)+«
Igc(T)+IgA:
当c(「)不变时(即实验I、II、III),以lgv对lgc(S2Oh作图,可得一直线,斜率即为m。
同理,当c(S2Oi)^变时(即实验I、IV、V),以lgv对lgc(「)作图,可求得n,此反应的级数则为m+n。
(也可取实验I和III的数据分别代入(4)式,用英速率比求出m,取I和IV的数据代入(4)式,用其速率比求出n)
将求得的m和n代入(7)式,即可求得反应速度常数h将数据填入表3。
表3反应级数和反应速度常数
III
lgv
lgc(S2Og)
lgc(I'
)
m
n
反应速度常数£
2.反应活化能的计算
反应速度常数&
与反应温度T一般有以下关系:
lg£
=lgA
2.303RT
式中£
n为反应的活化能,R为气体常数,丁为热力学温度。
测岀不同温度时的斤值,以人敕对〃T作图,可得一直线,由直线斜率(-&
/2.3O3R)可求得反应的活化能吊。
将数据填入表4。
表4反应活化能
\\
\ll
反应速度常数k
Igk
反应活化能Ea
本实验活化能测左值的误差不超过10%(文献值:
51・8kJ・moH)。
六、实验关键及注意事项
1.本实验对试剂有一左的要求。
碘化钾溶液应为无色透明溶液,不宜使用有碘析岀的浅黄色溶液。
过二硫酸彼溶液要新配制的,因为时间长了过二硫酸彼易分解。
如所配制过二硫酸拔溶液的pH值小于3,过二硫酸彼试剂已有分解,不适合本实验使用。
所用试剂中如混有少量CQ+离于、FU+离子等杂质,对反应会有催化作用,必要时需滴人几滴O.lOmol-L'
EDTA溶液。
2.在做温度对化学反应速度影响的实验时,如室温低于10°
C。
可将温度条件改为室温、高于室温io°
c、高于室温2(rc、三种情况进行。
七、实验评议与讨论
1.在做浓度对化学反应速率的影响实验中,下列操作情况对实验有何影响?
(1)取用试剂的量筒没有分开专用。
(2)先加过二硫酸钱溶液,最后加碘化钾溶液。
(3)过二硫酸钱溶液慢慢加入碘化钾等混合溶液中。
2.为什么在实验II.IlkIV.V中,分别加入硝酸钾或硫酸鞍溶液?
3.每次实验的汁时操作要注意什么?
4.若不用S2O^'
而用I-或耳的浓度变化来表示反应速度,则反应速度常数k是否一样?
5.化学反应的反应级数是怎样确龙的?
用本实验的结果加以说明。
6•用Arrhenius公式计算反应的活化能,并与作图法得到的值进行比较。
7.本实验研究了浓度、温度、催化剂对反应速度的影响,对有气体参加的反应,压力有怎样的影响?
如果对2NO+O2=2NCh的反应,将压力增加到原来的二倍,那么反应速度将增加几倍?
參考文献
[1]徐家宁,门瑞芝,张寒琦.基础化学实验[M].北京:
髙等教育出版社,2006.5
[2]古凤才,肖衍繁,张明杰等.基础化学实验教程(第二版)[M].北京:
科学岀版社,2005.1
实验2醋酸电离度和电离常数的测定
1.学习测左醋酸的电离度和电离常数的原理和方法。
2.加深对弱电解质解离平衡等概念的理解。
3.学习使用pH计。
醋酸(CH3COOH或HAc)是弱电解质,在水溶液中存在以下电离平衡:
HAc、、H+(网)+Ac(aq)
(1)
其解离平衡常数表达式为:
煤叭戸畑”宀迸)//
(2)
八c(HAc)/c°
若c为醋酸的起始浓度(严格地说,离子浓度应该用活度来表示,但在醋酸的稀溶液中,离子浓度和活度近似相等),c(H+)、c(Ac-)、c(HAc)分别为H+、Ac.HAc的平衡浓度,a为电离度,为电离常数。
在醋酸溶液中,若忽略水中离解出来的氢离子,则平衡时c(H+)=c(Ac),c(HAc)=c(l-«
),贝ij:
a=^LlxlOO%(3)
K:
(HAc)=c(H〉c(Ac)(4)
八c-c(H+)
当aV5%时,K;
(HAc)=Q^(5)
所以测泄了已知浓度的醋酸溶液的pH值,就可以讣算它的电离度和电离常数。
配制一系列已知浓度的醋酸溶液,在一左温度下,用pH计测左其pH值,求得溶液中H+的有效浓度,即H♦的活度值(在本实验中忽略这种差别)。
将c(HJ代入(4)式中,即可求得一系列K:
值,其平均值即为该温度下的电离常数。
三、试剂与仪器
滴定管(碱式):
吸量管(10mL):
移液管(25mL):
锥形瓶:
容量瓶(50mL):
烧杯(50mL);
pH计s
试剂:
HAc(O.lOmolL-1);
NaOH标准液(OJOOOmolL1);
酚駄指示剂。
四、实验步骤
1•醋酸溶液浓度的测左
以酚酥为指示剂,用已知浓度的氢氧化钠溶液测左醋酸的浓度,把结果填人表1。
表1醋酸溶液浓度测走表
滴定序号
NOH溶液浓度/mol-L1
HAc溶液用g/mol-L-1
NaOH溶液用WmL
HAc溶液浓度
/mol-L-1
测定值
平均值
2.配制不同浓度的醋酸溶液
用移液管分别取20.00mL、lO.OOmL、5.00mL、2.50mL已测得准确浓度的醋酸溶液,把它们分別加入4个50mL的量瓶中。
再
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- 实验 化学反应 速率 活化能 测定