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无机化 学 实验

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基础实验教学中心化学实验室制作基础实验教学中心化学实验室制作

实验七、化学反应速率与活化能 多媒体课堂

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实 验 目 的实 验 目 的

实 验 用品实 验 用品

实验内容实验内容

实 验 习题实 验 习题

实 验 原理 实 验 原理 实验数据实验数据

实验目的 了解浓度、温度和催化剂对反应速率的

影响。 测定过二硫酸铵与碘化钾反应的速率，

并计算反应级数、反应速率常数和反应的活化能。

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实验原理 任何物质只要它与反应物或产物的浓度有函数关

系 , 即可用来测定反应速率 . 化学反应的快慢可由活化能的大小来判断 . 在水溶液中过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应 : 离子反应方程式为： 慢反应 快反应 反应式 (2) 是快反应 , 瞬间完成。

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硫代硫酸钠与溶液中的 I3- 发生快反应 :

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因此 , 由反应 (1) 生成的 I3- 立即与 S2O32- 反应 , 生

成无色的 S4O62- 和 I-.

所以在反应的开始阶段看不到碘与淀粉反应的特有蓝色 . 但是一但 Na2S2O3 耗尽 , 反应 (1) 生成的 I3- 就与淀粉反应而呈现出特有的蓝色 .从反应式（ 1 ）和（ 2 ）可以看出：当 S2O8

2 －消耗的量为 S2O32- 减少量的一半，

所以 S2O82 －在△ t 时间内减少的量可以从下式求得 :

△ C S2O82 － = C S2O3

2 － /2

消耗等量的 S2O82 －的物质的量浓度△ C S2O82 －所需要

的不同的时间间隔 (△ t ），计算可得到反应物不同初始浓度的初速率，进而确定该反应的微分速率方程和反应速率常数。起始速度 。 K 是反应速率常数 , （ m+n ）是反应级数。

实验测定在△ t 时间内 [S2O82 － ] △ t △ [S2O8

2 － ]

反应的平均速率

在 t 时间反应速度 V 变化很小： V≈V’

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实验中 , 通过改变反应物 S2O8

2 －和 I －的初始浓度测定 :

反应速率常数 k 与反应温度 T 有以下关系： lgK = - Ea/2.303RT + A

测得不同温度下的一系列速率常数 (K) 值 , 以 lgK 对 1/T 作图 , 直线的斜率为 : - Ea/2.30R 直线的截距为 :A R 为气体常数 (8.314J.K.mol-1) 计算活化能 :Ea

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活化能的计算

实验用品 多媒体课堂

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仪器、材料 仪器、材料

液体药品 液体药品

1 . 仪器和材料 多媒体课堂

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仪器：烧杯、大试管、量筒、秒表、温度计

材料：冰

2. 液体药品 多媒体课堂

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aq1.(NH4)2 S2O8（ 0.20 mol·L － 1 ） aq2.KI （ 0.20 mol·L － 1） aq3.Na2S2O3（ 0.010 mol·L － 1） aq4. 淀粉溶液 （ 0.4 % ） aq5.KNO3（ 0.20 mol·L － 1 ） aq6.(NH4） 2 S O4（ 0.20 mol·L － 1） aq7.Cu （ NO3） 2（ 0.20 mol·L － 1）

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实验内容多媒体课堂

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课堂练习课堂练习课堂练习课堂练习

基本操作 基本操作

基本操作 多媒体课堂

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量筒的使用 量筒的使用

秒表的使用秒表的使用

秒表是准确测量时间的仪器 .

计数 : 1. 秒针 ( 长针 ) 转一周为

60( 或 30)s, 2. 分针 ( 短针 ) 转一周

为 30 （或 15)min. 3. 柄头作用旋紧发条 , 控制表的起动和停止 . 4. 可读准到 0.01s.

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秒表简介（操作演示）

分针分针

秒针秒针返回返回

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实验内容

C-VC-V

T-V T-V

催化剂 -V催化剂 -V

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取两支量筒贴上标签专用。 在室温条件下进行表中编号 I 的实验。 分别准确量取 : 10.0mL 0.20 mol·L － 1 KI 溶液 4.0mL 0.010 mol·L － 1 Na2S2O3 溶

液 1.0mL 0.4 % 淀粉溶液 全部加入小烧杯中，混合均匀。 另一支量筒量取 :10.0mL 0.20mol·L － 1 （ NH4 ） 2

S2O8 溶液迅速倒入上述混合液中，同时启动秒表，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。

一、浓度对化学反应速率的影响 ( 试剂用量减半 )

实验内容（ 2 人一组）

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表 1 ．浓度对反应速率的影响 实验编号 I Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ

试 剂 用 量/mL

aq1

10.0 5.0 2.50 10.0 10.0

aq2

10.0 10.0 10.0 5.0 2.50

aq3

4.0 4.0 4.0 4.0 4.0

aq4

1.0 1.0 1.0 1.0 1.0

aq5

0 0 0 5.0 7.50

aq6

0 5.0 7.50 0 0

实验试剂用量减半

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浓度对反应速率的影响 I

试剂 (NH4)2 S2O8 （ 0.20 mol·L － 1 ） KI （ 0.20 mol·L － 1 ） Na2S2O3 （ 0.010 mol·L － 1 ） 淀粉溶液 （ 0.4 % ） KNO3 （ 0.20 mol·L － 1 ） (NH4 ） 2 S O4 （ 0.20 mol·L － 1 ）

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浓度对反应速率的影响 II

试剂 ( 同上 ) 实验试剂用量为 II 号 .

（ 21.5s ）返回返回

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二、温度对化学反应速率的影响 实验编号 ： Ⅵ。 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铵溶液的小烧杯，放入水浴中保持恒温，

测定室温、低于室温 10℃和高于室温 10℃时，操作同浓度实验 , 记录反应时间。

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温度 ( 低于室温 10 \℃ 冰浴 ) 对化学反应速率的影响 I 试剂 ( 同上 )

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温度 ( 室温 \ 高于室温 10 ℃ 热水浴 )对化学反应速率的影响 II

试剂 ( 同上 )

将实验Ⅵ、Ⅶ和实验Ⅳ的数据记入表 2 中进行比较。

表 2 ．温度对化学反应速率的影响

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多媒体课堂 实验编号 Ⅳ Ⅵ Ⅶ

反应温度 t/℃

反应时间△ t/s

反应速率 υ

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按表 1 实验Ⅳ的用量，把碘化钾、硫代硫酸钠、硝酸钾和淀粉溶液加到小烧杯中，分别加入2d,4d0.020 mol·L － 1 Cu （ NO3 ） 2 溶液，搅匀，然后迅速加入过二硫酸铵溶液，搅动、记时。实验数据记录在表 3.

将此实验的反应速率与表 1 中实验Ⅳ的反应速率定性地进行比较可得到什么结论。

实验内容 三、催化剂对化学反应速率的影响

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实验内容 三、催化剂对化学反应速率的影响 表 3 ．催化剂对化学反应速率的影响

实验编号 Ⅳ Ⅵ Ⅶ Cu （ NO3 ） 2 用 量（ d）

0 2 4

反应时间△ t/s

反应速率 υ

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数据处理 多媒体课堂

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1．  反应级数和反应速率常数的计算 lgυ= mlgC S2O8

2 － + nlgC I － + lgk

当 C I － 不变时（即实验 I Ⅱ Ⅲ、 、 ），以 lgυ 对 lgC S2O8

2 －作图，可得一直线，斜率即为 m 。 同理，当 C S2O8

2 － 不变时（即实验 I Ⅳ、 、 V ），以lgυ 对 lgC I 作图，可求得 n.

此反应的级数则为 m + n 。 将求得的m 和 n 代入 υ= k Cm S2O8

2CnI 即可求得反

应速率常数 k 。

2．  反应活化能的计算多媒体课堂

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反应速率常数 k 与反应温度 T 一般有以下关系： lgK = - Ea/2.303RT + A

式中 Ea 为反应的活化能， R 为摩尔气体常数， T 为热力学温度。测出不同温度时的 k 值，以 lgk 对 1/T 作图，可得一 直 线 ， 由 直 线 斜 率 （ 等 于 － Ea/2.30R ）可求得反应的活化能 Ea 。

实 验 习题完成实验教材中思考题与实验习题 .

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