碘钟反应
[1**********]10 杨平
一、实验目的
1．掌握“碘钟”反应的原理。学会运用“碘钟”反应设计动力学实验的方法。 2．测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数．反应级数和反应活化能.
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：
2
S2O823I2SO4I3 (1)
为了能够测定一定时间（Δt）内S2O82-浓度的变化量，在混合过二硫酸铵、碘化钾溶液
的同时加入一定体积已知浓度并含有淀粉（指示剂）的Na2S2O3 溶液，在式（1）进行的同时，有下列反应进行：
2S2O32I3S4O623I (2)
反应（2）进行得非常快，而反应（1）却缓慢得多，故反应（1）生成的I3 -立即与S2O32-作用生成无色的S4O62-和I−，因此反应开始一段时间内溶液无颜色变化，但当Na2S2O3耗尽，反应（1）生成的微量碘很快与淀粉作用，而使溶液呈现特征性的蓝色。由于此时（即Δt） S2O32-全部耗尽，所以S2O82-的浓度变化相当于全部用于消耗Na2S2O3。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可作为反应初速的计量。由于这一反应能显示自身反应进程，故称为“碘钟”反应。
1、反应级数和速率常数的确定
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：
d[S2O82]k[S2O82]m[I]n (3)
dt
在测定反应级数的方法中，反应初速法能避免反应产物的干扰求的反应物的真实级数。 如果选择一系列初始条件，测得对应于析出碘量为Δ[I2]的蓝色出现的时间Δt，则反应的初始速率为：
d[S2O82]d[I3][I3]
(4)
dtdtt
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
[I3]2[S2O32]
(5)
tt
根据(3)(4)(5)可知，
2[S2O32]
k[S2O82]m[I]n (6) t
移项，两边取对数可得
ln
1klnmln[S2O82]nln[I] (7) 2t2[S2O3]
因而固定[I]，以ln
1
对ln[S2O82]作图，根据直线的斜率即可求出m；固定[S2O82]，t
同理可以求出n。然后根据求出的m和n，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数k。
2、反应活化能的确定 根据Arrhenius公式
六．数据处理与分析
ln
1
与ln[S2O82]的关系见表3。 t
表3ln
12
与[S2O8]的关系数据表 根据表3的数据作图，见图1。
图1ln
12
与ln[S2O8]关系图 t
由图1可知m=1.009 ln
1
与[
I
]的关系见表4。 t
表4ln
1
与[I]的关系数据表
根据表4的数据作图2。
图2.ln
1
与[I]的关系图 t
由图2知n=1.021
5.2反应速率常数的测定
我们根据(6)式可知，知道m，n，这样就可以计算出反应速率常数k的值了。
表5反应速率常数k的测定（21.0℃条件下）
同理可以计算25℃和31℃时反应速率常数k。
表625℃和31℃时反应速率常数k
5.3反应活化能的测定
计算得与k的关系如表7所示：
表7与k的关系表
作lnk和1/T的关系图
图3lnk和1/T的关系图
由（8）式可知Ea=8.314*4273=35.53 KJ/mol
5.4 反应结果的表达：
a）.反应级数：测得[S2O82-]的反应级数m=1.009，[I-]的反应级数n=1.021，总的反应级数m+n=2.030
b）.反应速率常数：在21ºC条件下，该反应的速率常数为0.0212L/(mol•s);
在25ºC条件下，该反应的速率常数为0.0247L/(mol•s); 在31ºC条件下，该反应的速率常数为0.0338L/(mol•s)。
c）.反应活化能：Ea=35.53KJ/mol
碘钟反应
[1**********]10 杨平
一、实验目的
1．掌握“碘钟”反应的原理。学会运用“碘钟”反应设计动力学实验的方法。 2．测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数．反应级数和反应活化能.
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：
2
S2O823I2SO4I3 (1)
为了能够测定一定时间（Δt）内S2O82-浓度的变化量，在混合过二硫酸铵、碘化钾溶液
的同时加入一定体积已知浓度并含有淀粉（指示剂）的Na2S2O3 溶液，在式（1）进行的同时，有下列反应进行：
2S2O32I3S4O623I (2)
反应（2）进行得非常快，而反应（1）却缓慢得多，故反应（1）生成的I3 -立即与S2O32-作用生成无色的S4O62-和I−，因此反应开始一段时间内溶液无颜色变化，但当Na2S2O3耗尽，反应（1）生成的微量碘很快与淀粉作用，而使溶液呈现特征性的蓝色。由于此时（即Δt） S2O32-全部耗尽，所以S2O82-的浓度变化相当于全部用于消耗Na2S2O3。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可作为反应初速的计量。由于这一反应能显示自身反应进程，故称为“碘钟”反应。
1、反应级数和速率常数的确定
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：
d[S2O82]k[S2O82]m[I]n (3)
dt
在测定反应级数的方法中，反应初速法能避免反应产物的干扰求的反应物的真实级数。 如果选择一系列初始条件，测得对应于析出碘量为Δ[I2]的蓝色出现的时间Δt，则反应的初始速率为：
d[S2O82]d[I3][I3]
(4)
dtdtt
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
[I3]2[S2O32]
(5)
tt
根据(3)(4)(5)可知，
2[S2O32]
k[S2O82]m[I]n (6) t
移项，两边取对数可得
ln
1klnmln[S2O82]nln[I] (7) 2t2[S2O3]
因而固定[I]，以ln
1
对ln[S2O82]作图，根据直线的斜率即可求出m；固定[S2O82]，t
同理可以求出n。然后根据求出的m和n，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数k。
2、反应活化能的确定 根据Arrhenius公式
六．数据处理与分析
ln
1
与ln[S2O82]的关系见表3。 t
表3ln
12
与[S2O8]的关系数据表 根据表3的数据作图，见图1。
图1ln
12
与ln[S2O8]关系图 t
由图1可知m=1.009 ln
1
与[
I
]的关系见表4。 t
表4ln
1
与[I]的关系数据表
根据表4的数据作图2。
图2.ln
1
与[I]的关系图 t
由图2知n=1.021
5.2反应速率常数的测定
我们根据(6)式可知，知道m，n，这样就可以计算出反应速率常数k的值了。
表5反应速率常数k的测定（21.0℃条件下）
同理可以计算25℃和31℃时反应速率常数k。
表625℃和31℃时反应速率常数k
5.3反应活化能的测定
计算得与k的关系如表7所示：
表7与k的关系表
作lnk和1/T的关系图
图3lnk和1/T的关系图
由（8）式可知Ea=8.314*4273=35.53 KJ/mol
5.4 反应结果的表达：
a）.反应级数：测得[S2O82-]的反应级数m=1.009，[I-]的反应级数n=1.021，总的反应级数m+n=2.030
b）.反应速率常数：在21ºC条件下，该反应的速率常数为0.0212L/(mol•s);
在25ºC条件下，该反应的速率常数为0.0247L/(mol•s); 在31ºC条件下，该反应的速率常数为0.0338L/(mol•s)。
c）.反应活化能：Ea=35.53KJ/mol