项目3 反应速率的测定与分析 实验1 反应级数和速率常数的测定
一、实验目的
1. 了解浓度对化学反应速率的影响。
2. 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的速率、反应级数和速率常数。
二、实验原理
（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：
S 2O 82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I3-(aq) （1）
这个反应的平均反应速率为：
r = - c (S2O 82-)/ t = kc α(S2O 82-) c β(I-) 式中：r ── 反应的平均反应速率；
c (S2O 82-) ── t 时间内S 2O 82-的浓度变化；
c (S2O 82-) ，c (I-) ── S 2O 82-，I -的起始浓度； k ── 该反应的速率常数；
α, β ──反应物S 2O 82-，I -的反应级数，(α+β)为该反应的总级数。
为了测出在一定时间（ t ）内S 2O 82-的浓度变化，在混合(NH4) 2S 2O 8和KI 溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生：
2S 2O 32- (aq) + I3－(aq) ══ S 4O 62-(aq) + 3I-(aq) （2）
由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I 3－会立即与S 2O 32-反应生成无色的S 4O 62-和I -。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na 2S 2O 3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I 3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。
由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S2O 82- 就要消耗2 mol 的S 2O 32-，即
c （S 2O 82-）= 1 c （S 2O 32-）
2
2-由于在 t 时间内，S 2O 3已全部耗尽，所以 c （S 2O 32-）实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3的浓度，即
－ c （S 2O 32-）= c 0（S 2O 32-）
这里的c 0（S 2O 32-）为Na 2S 2O 3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na 2S 2O 3的起始浓度都相同，因而 c （S 2O 32-）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间（ t ），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：
2-2-2-
c S O c 0(S O () c (S O ) ) 232328r =-=-=
2 t 2 t t
按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得反应的总级数（α+β），再由k =r /[c αS 2O 82- c βI -]求出反应的速率常数k 。
()()
三、仪器、药品及材料
1. 仪器：
每组：
（1）150mL 锥形瓶1个[用作反应容器]。 （2）25mL 烧杯1个[(NH4) 2S 2O 8专用]。 每3组：
（1）10mL 移液管4个[分别贴上(NH4) 2S 2O 8、KI 、KNO 3、NH 4) 2SO 4]、5mL 移液管1个[贴上Na 2S 2O 3]、2mL 移液管1个[贴上淀粉]。
（2）250mL 烧杯6个[分别贴上NH 4) 2S 2O 8、KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH4) 2SO 4]。 （3）移液管架1个。 实验室：
（1）试剂6个[分别贴上(NH 4) 2S 2O 8、KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH4) 2SO 4]。 2. 药品：
(NH4) 2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH4) 2SO 4（0.2mol ·L -1）, 淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3) 2（0.02mol ·L -1）。
四、实验步骤
（一）第1次实验：
1. 在室温下，按表1所列各反应物用量（建议：6个250mL 烧杯按取样顺序摆放），准确量取各试剂，0.2mol ·L -1(NH4) 2S 2O 8溶液需要用专用烧杯单独盛装，其余各试剂均可按用量混合在锥形瓶中。
表1 浓度对反应速率的影响 室温： ℃
4228摇晃）。
3. 等溶液变蓝时停止计时，记下时间 t 和室温。
（二）第2次实验：改变V[H2O]=11mL，重复上述实验。
五、数据处理
用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式k =r /[c α(S O 2-) c β(I -)]求出各实验的k ，并把计算结果填入表1中。
2
8
1. 计算过程：
2. 计算结果汇总：
六、思考题
1. 为什么(NH4) 2S 2O 8一定要最后加，同时快速按下秒表？
2. 若用I -（或I 3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则r 和k 是否和用S 2O 82-的浓度变化表示的一样？
3. 实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？
项目3 反应速率的测定与分析
实验2 活化能的测定
一、实验目的
1. 了解温度及催化剂对化学反应速率的影响。 2. 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的活化能。
二、实验原理
（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：
S 2O 82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I3-(aq) （1）
速率测定方法同实验1。 由Arrhenius 方程得
E
ln k =ln A -a
RT
式中：E a ── 反应的活化能；
R ── 摩尔气体常数，R = 8.314 J·mol ·K ; T ── 热力学温度
-1
-1
求出不同温度时的k 值后，以ln k 对1作图，可得一直线，由直线的斜率⎛-a ⎫可求得
⎪T ⎝R ⎭
反应的活化能E a 。
Cu 2+可以加快(NH4) 2S 2O 8与KI 反应的速率，Cu 2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。
E
三、仪器、药品及材料
1. 仪器：
（1）150mL 锥形瓶1个[用作反应容器]。
（2）25mL 烧杯1个[贴上(NH4) 2S 2O 8，专用]，25mL 烧杯1个[用于转移其他溶液]。 （3）玻璃棒1个。
（4）恒温水浴1台，温度计1个。 2. 药品：
(NH4) 2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH4) 2SO 4（0.2mol ·L -1）, 淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3) 2（0.02mol ·L -1）。
四、实验步骤
（一）第1次实验：
1. 温度对反应速率的影响，求活化能
按实验1中编号1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃、15℃和20℃的温度下进行实验。这样就可测得这5个温度下的反应时间（反应前样品预热至恒温再混合），并计算5个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入本实验表1中。
表1 温度对反应速率的影响
利用表1中各次实验的k 和T ，作ln k -T 图（实验报告要求附图），求出直线的斜率，
进而求出反应（1）的活化能E a 。
2. 催化剂对反应速率的影响 在室温下，按实验1中编号1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol ·L -1Cu(NO3) 2
溶液[不足10滴的用0.2mol ·L -1(NH4) 2SO 4溶液补充]。
（二）第2次实验：
按实验1中编号5的试剂用量重复上述实验。
五、思考题
1. 实验中取试剂的移液管（量筒）没有分开专用对实验结果有何影响？ 2. 加(NH4) 2SO 4的作用是什么？
3.Na 2S 2O 3的用量过多或过少，对本实验结果有何影响？
项目3 反应速率的测定与分析 实验1 反应级数和速率常数的测定
一、实验目的
1. 了解浓度对化学反应速率的影响。
2. 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的速率、反应级数和速率常数。
二、实验原理
（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：
S 2O 82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I3-(aq) （1）
这个反应的平均反应速率为：
r = - c (S2O 82-)/ t = kc α(S2O 82-) c β(I-) 式中：r ── 反应的平均反应速率；
c (S2O 82-) ── t 时间内S 2O 82-的浓度变化；
c (S2O 82-) ，c (I-) ── S 2O 82-，I -的起始浓度； k ── 该反应的速率常数；
α, β ──反应物S 2O 82-，I -的反应级数，(α+β)为该反应的总级数。
为了测出在一定时间（ t ）内S 2O 82-的浓度变化，在混合(NH4) 2S 2O 8和KI 溶液的同时，加入一定体积的已知浓度的Na 2S 2O 3溶液和淀粉，这样在反应（1）进行的同时，还有以下反应发生：
2S 2O 32- (aq) + I3－(aq) ══ S 4O 62-(aq) + 3I-(aq) （2）
由于反应（2）的速率比反应（1）的大得多，由反应（1）生成的I 3－会立即与S 2O 32-反应生成无色的S 4O 62-和I -。这就是说，在反应开始的一段时间内，溶液呈无色，但当Na 2S 2O 3一旦耗尽，由反应（1）生成的微量I 3－就会立即与淀粉作用，使溶液呈蓝色。
由反应（1）和（2）的关系可以看出，每消耗1mol S2O 82- 就要消耗2 mol 的S 2O 32-，即
c （S 2O 82-）= 1 c （S 2O 32-）
2
2-由于在 t 时间内，S 2O 3已全部耗尽，所以 c （S 2O 32-）实际上就是反应开始时Na 2S 2O 3的浓度，即
－ c （S 2O 32-）= c 0（S 2O 32-）
这里的c 0（S 2O 32-）为Na 2S 2O 3的起始浓度。在本实验中，由于每份混合液中Na 2S 2O 3的起始浓度都相同，因而 c （S 2O 32-）也是相同的，这样，只要记下从反应开始到出现蓝色所需要的时间（ t ），就可以算出一定温度下该反应的平均反应速率：
2-2-2-
c S O c 0(S O () c (S O ) ) 232328r =-=-=
2 t 2 t t
按照初始速率法，从不同浓度下测得的反应速率，即可求出该反应的反应级数α和β，进而求得反应的总级数（α+β），再由k =r /[c αS 2O 82- c βI -]求出反应的速率常数k 。
()()
三、仪器、药品及材料
1. 仪器：
每组：
（1）150mL 锥形瓶1个[用作反应容器]。 （2）25mL 烧杯1个[(NH4) 2S 2O 8专用]。 每3组：
（1）10mL 移液管4个[分别贴上(NH4) 2S 2O 8、KI 、KNO 3、NH 4) 2SO 4]、5mL 移液管1个[贴上Na 2S 2O 3]、2mL 移液管1个[贴上淀粉]。
（2）250mL 烧杯6个[分别贴上NH 4) 2S 2O 8、KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH4) 2SO 4]。 （3）移液管架1个。 实验室：
（1）试剂6个[分别贴上(NH 4) 2S 2O 8、KI 、Na 2S 2O 3、淀粉、KNO 3、(NH4) 2SO 4]。 2. 药品：
(NH4) 2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH4) 2SO 4（0.2mol ·L -1）, 淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3) 2（0.02mol ·L -1）。
四、实验步骤
（一）第1次实验：
1. 在室温下，按表1所列各反应物用量（建议：6个250mL 烧杯按取样顺序摆放），准确量取各试剂，0.2mol ·L -1(NH4) 2S 2O 8溶液需要用专用烧杯单独盛装，其余各试剂均可按用量混合在锥形瓶中。
表1 浓度对反应速率的影响 室温： ℃
4228摇晃）。
3. 等溶液变蓝时停止计时，记下时间 t 和室温。
（二）第2次实验：改变V[H2O]=11mL，重复上述实验。
五、数据处理
用表1中实验1、2、3的数据，依据初始速率法求α；用实验1、4、5的数据，求出β，再求出（α+β）；再由公式k =r /[c α(S O 2-) c β(I -)]求出各实验的k ，并把计算结果填入表1中。
2
8
1. 计算过程：
2. 计算结果汇总：
六、思考题
1. 为什么(NH4) 2S 2O 8一定要最后加，同时快速按下秒表？
2. 若用I -（或I 3-）的浓度变化来表示该反应的速率，则r 和k 是否和用S 2O 82-的浓度变化表示的一样？
3. 实验中当蓝色出现后，反应是否就终止了？
项目3 反应速率的测定与分析
实验2 活化能的测定
一、实验目的
1. 了解温度及催化剂对化学反应速率的影响。 2. 测定（NH 4）2S 2O 8与KI 反应的活化能。
二、实验原理
（NH 4）2S 2O 8和KI 在水溶液中发生如下反应：
S 2O 82-(aq)+ 3I-(aq) ＝ 2SO 42- (aq)+ I3-(aq) （1）
速率测定方法同实验1。 由Arrhenius 方程得
E
ln k =ln A -a
RT
式中：E a ── 反应的活化能；
R ── 摩尔气体常数，R = 8.314 J·mol ·K ; T ── 热力学温度
-1
-1
求出不同温度时的k 值后，以ln k 对1作图，可得一直线，由直线的斜率⎛-a ⎫可求得
⎪T ⎝R ⎭
反应的活化能E a 。
Cu 2+可以加快(NH4) 2S 2O 8与KI 反应的速率，Cu 2+的加入量不同，加快的反应速率也不同。
E
三、仪器、药品及材料
1. 仪器：
（1）150mL 锥形瓶1个[用作反应容器]。
（2）25mL 烧杯1个[贴上(NH4) 2S 2O 8，专用]，25mL 烧杯1个[用于转移其他溶液]。 （3）玻璃棒1个。
（4）恒温水浴1台，温度计1个。 2. 药品：
(NH4) 2S 2O 8（0.2mol ·L -1），KI （0.2mol ·L -1），Na 2S 2O 3（0.05mol ·L -1）, KNO 3（0.2mol ·L -1）, (NH4) 2SO 4（0.2mol ·L -1）, 淀粉溶液（0.2％），Cu(NO3) 2（0.02mol ·L -1）。
四、实验步骤
（一）第1次实验：
1. 温度对反应速率的影响，求活化能
按实验1中编号1的试剂用量分别在高于室温5℃、10℃、15℃和20℃的温度下进行实验。这样就可测得这5个温度下的反应时间（反应前样品预热至恒温再混合），并计算5个温度下的反应速率及速率系数，把数据和实验结果填入本实验表1中。
表1 温度对反应速率的影响
利用表1中各次实验的k 和T ，作ln k -T 图（实验报告要求附图），求出直线的斜率，
进而求出反应（1）的活化能E a 。
2. 催化剂对反应速率的影响 在室温下，按实验1中编号1的试剂用量，再分别加入1滴、5滴、10滴0.02mol ·L -1Cu(NO3) 2
溶液[不足10滴的用0.2mol ·L -1(NH4) 2SO 4溶液补充]。
（二）第2次实验：
按实验1中编号5的试剂用量重复上述实验。
五、思考题
1. 实验中取试剂的移液管（量筒）没有分开专用对实验结果有何影响？ 2. 加(NH4) 2SO 4的作用是什么？
3.Na 2S 2O 3的用量过多或过少，对本实验结果有何影响？