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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：
(NH4)2S2O8 + 3KI === (NH4)2SO4 + K2SO4 + KI3
其离子反应为： S2O82- + 3I- === SO42- + I3- （1） 反应速率方程为： r?kcSO2??cI?
28mn式中r是瞬时速率。若cSO2?、cI?是起始浓度，则r表示初速率(v0)。在实验中只能测定出在一段
28时间内反应的平均速率。
r???cSO2?28?t
在此实验中近似地用平均速率代替初速率：
r0?kcm2?S2O8cnI????cSO2?28?t
为了能测出反应在△t时间内S2O82-浓度的改变量，需要在混合(NH4)2S2O8 和KI溶液的同时，加入一定体积已知浓度的Na2S2O3溶液和淀粉溶液，这样在（1）进行的同时还进行着另一反应：
2S2O32- + I3- === S4O62- + 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I3-立即与S2O32-反应，生成无色S4O62-和I-，而观察不到碘与淀粉呈现的特征蓝色。当S2O32-消耗尽，（2）反应不进行，（1）反应还在进行，则生成的I3-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，S2O32-浓度的改变值为：
?cSO2???[cSO2?(终）?cSO2?(始）]?cSO2?(始）
23232323再从（1）和（2）反应对比，则得：
1
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?cSO2??28cSO2?(始）232
通过改变S2O82- 和I-的初始浓度，测定消耗等量的S2O82- 的物质的量浓度?cSO2?所需的不同时间
28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。
室温 ℃ 实 验 编 号 0.20mol/L (NH4)2S2O8 0.20 mol/L KI 试剂用量 mL 0.010mol/L Na2S2O3 0.4% 淀粉溶液 0.20 mol/L KNO3 0.20mol/L (NH4)2SO4 混合液中反应的起始始浓度 mol/L (NH4)2S2O8 KI Na2S2O3 Ⅰ 20.0 20.0 8.0 2.0 0 0 Ⅱ 10.0 20.0 8.0 2.0 0 10.0 Ⅲ 5.0 20.0 8.0 2.0 0 15.0 Ⅳ 20.0 10.0 8.0 2.0 10.0 0 Ⅴ 20.0 5.0 8.0 2.0 15.0 0 反应时间△t/s S2O82-的浓度变化?cSO2?/mol/L 28反应速率r 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。其它操作步骤同实验1。 实 验 编 号 反应温度t/℃ 反应时间△t/s 反应速率r Ⅵ Ⅳ Ⅶ 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(NH4)2S2O8溶液加入KI混合液之前，先在KI混合液中加入2滴Cu(NO3)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KNO3、(NH4)2SO4？
思考题2：取(NH4)2S2O8试剂量筒没有专用，对实验有何影响？
思考题3：(NH4)2S2O8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(NO3)2为何能够加快该化学反应的速率？
思考题1：答：实验中(NH4)2S2O8、KI溶液不足量，分别用(NH4)2SO4、KNO3补足，目的是使反应液中
的离子强度不变。
思考题2：答：(NH4)2S2O8会与KI提前反应，会与Na2S2O3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(NH4)2S2O8的初始浓度，测得的反应速率减慢。
2
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思考题4：答：Cu(NO3)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、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4可使用同一个量筒量取，(NH4)2S2O8必须单独使用一个量筒。
2、KI、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4混合均匀后，最后将(NH4)2S2O8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、Na2S2O3、淀粉、KNO3、(NH4)2SO4混合液和(NH4)2S2O8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？
mnr?kcS2??c? OI28两边取对数： lgr?mlgcSO2??nlgcI??lgk
28当cI?不变（实验Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）时，以lgv对lgcSO2?作图，得直线，斜率为m。同理，当cSO2?不
2828变（实验Ⅰ、Ⅳ、Ⅴ）时，以lgr对lgcI?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。
实 验 编 号 Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ lgr lgcSO2? 28lgcI? M N 反应速率常数k
2、如何根据实验数据计算反应活化能？
lgk?A?Ea
2.30RT测出不同温度下的k值，以lgk对
Ea1作图，得直线，斜率为?，可求出反应的活化能Ea。
2.30RT3
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实 验 编 号 反应速率常数k Ⅵ Ⅶ
Ⅳ lgk 1 T反应活化能Ea 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、×
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