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碘钟反应的动力学和热力学参数的测定

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1、碘钟反应”的动力学和热力学参数的测定摘要：本实验依次测定了“碘钟反应”的反应级数、速率常数和活化能，前两个量是反应动力学参数，活化能属于反应热力学参数，通过研究这三个量我们就可以大致上知道“碘钟反应”所经历的历程和反应的难易程度。毫无疑问，这些参数的测定对研究一个化学反应来说是十分重要而且有用的。关键词：碘钟反应；反应级数；活化能引言：本实验采用初速法测定S O2-与I-的反应级数和反应活化能，我们在室温下通过改变S O2-与I-的2 8 2 8物料比，从而确定“碘钟反应”中SO 2 -与I -各自的反应级数。然后根据求得的SO 2-与I -的反应级数，2 8 2 8E改变反应温度，得到不同温度下的“碘钟反应”的速率常数k，进而根据Arrhenius方程k = A exp(-石)，RT以Ink对作图，根据图像的斜率求得本反应的活化能。1.实验原理在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应1：S O 2-+ 3/- = 2SO 2-+1 -2843我们事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生的少量的I-会优先和S O2-323反应而被还原成I -:(2)2S

2、 O2-+1- = S O2-+ 3I-23346这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后， (1)式生成的碘才会和淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。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即可用来度量本反应的初速。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：(3)-2 8 dtdS O2 = kS O2- m I- n28根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：dS O2- dI- AI-2 8dt3dt3At(4)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AI - 2A S O2-3At23At(5)根据(3)(4)(5)可知，2A S O 2- 23 AtkS O2-mI-n28(6)移项，两边取对数可得ln A 厂ln+ m lnS O2- + n lnI-2AS O2- 2 823(7)因而固定I-，以 in At对S2O82-作图根据直线的斜率即可求出m ；固定S2O82-，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。最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现

3、蓝色所需的时间At，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以Ink对1T作图，根据直线的斜率即可求出活化能。2. 主要的实验仪器及试剂恒温水浴槽一套；50mL烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只；0.20M (NH ) S O溶液；0.20M KI溶液；4 2 2 80.01MNaSO 溶液； 4%淀粉溶液； 0.20MKNO 溶液； 0.20M(NH ) SO 溶液。2 2 3 3 4 2 43. 实验部分3.1 反应级数和速率常数的测定按照表1所列数据将每组的(NH ) S O溶液、NH ) SO溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀，4 2 2 8 4 2 4KI溶液、Na SO溶液和KNO溶液放入B烧杯中混合均匀。然后将两份溶液混合，当混合至一半时开2 2 3 3始计时，并不断搅拌，当溶液出现蓝色时即停止计时。表 1 “碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表序号123450.20M (NH ) S O 溶液/mL422810.05.02.51010.00.20M KI 溶液/mL10.010.010.05.02.50.01M Na S O 溶液/mL2234.04.04.04.04.00.4%淀粉溶液/mL1.01.01.01.01.00.20M KNO 溶液/mL30005.07.50.20M (NH ) SO 溶液/mL42405.07.5003.2 反应活化能的测定按照表1中第4组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在10.0、30.0和40.0C下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间At并记录，要注意必须先将溶液在相应的水浴槽中恒温一段时间，待溶液温度与恒温槽温度相同后再将溶液进行混合。4实验数据的记录和处理4.1 反应级数和速率常数测定的数据记录序号12345(NH ) S O 溶液浓度(mol/L)42280.0800.0400.0200.0800.080KI溶液浓度(mol/L)0.0800.0800.0800.0400.020Na SO溶液浓度(mol/L)2230.00160.00160.00160.00160.0016时间t/s4.2 反应活化能的测定序号温度T /C1TAt速率常kIn k1283.23.531E-032294.63.394E-033305.23.276E-034315.43.170E-03

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