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碘钟实验实验报告

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碘钟反应实验报告
班级：化基二班姓名：刘威指导老师：邓立志实验日期：2013年11月20日星期二
一、实验目的
1、用初速法测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数、反应级数级反应活化能2、掌握碘钟反应过程及其原理

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
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I3会优先和S2O32反应而被还原成I：
2S2O32I3S4O623I(2
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：
d[S2O82]k[S2O82]m[I]n(3
dt
根据(1式中的反应计量关系，可以认为：
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(6t
移项，两边取对数可得

ln
1klnmln[S2O82]nln[I](72t2[S2O3]
因而固定[I]，以ln
1
对[S2O82]作图，根据直线的斜率即可求出m；固定[S2O82]，同理可t
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蓝色所需的时间t，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以lnk对1T作图，根据直线的斜率即可求出活化能。

三、主要实验仪器及试剂
恒温水浴槽一套；50mL烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只；
0.20M(NH42S2O8溶液；0.20MKI溶液；0.01MNa2S2O3溶液；4%淀粉溶液；0.20MKNO3溶液；0.20M(NH42SO4溶液。

四、实验步骤
1、反应级数和速率常数的测定
(NH42SO4溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合按照表1所列数据将每组的(NH42S2O8溶液、
均匀，KI溶液、Na2S2O3溶液和KNO3溶液放入B烧杯中混合均匀，并放入恒温水浴锅中恒温10分钟，设置恒温温度为26℃，然后将两份溶液混合，当混合至一半时开始计时，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
0.20M(NH42S2O8溶液/mL
0.20MKI溶液/mL0.01MNa2S2O3溶液/mL0.4%淀粉溶液/mL0.20MKNO3溶液/mL0.20M(NH42SO4溶液/mL
2、反应活化能的测定
按照表1中第1组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在19和33℃下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间t并记录。
110.010.04.01.000
25.010.04.01.005.0
32.510.04.01.007.5
4105.04.01.05.00
510.02.54.01.07.50

五、实验数据记录
1、反应级数和速率常数测定的数据记录（T=26℃）
序号
(NH42S2O8浓度(mol/LKI浓度(mol/LNa2S2O3浓度(mol/L
时间t/s

2、不同温度下反应1时间记录
温度/℃时间t/s
1938.63
2624.09
3314.00
10.080.080.001624.09
20.040.080.001645.59
30.020.080.001688.53
40.080.040.001647.10
50.080.020.001693.44

六、数据处理
1、反应级数和速率常数的计算（1）(S2O2-8反应级数的测定

Ln1/△t与ln(S2O2-8关系数据表
序号123
(S2O2-8浓度
0.080.040.02
时间t/s24.0945.5988.53
由Origin做出Ln1/△t与ln(S2O2-8关系图得：
ln(S2O2-8-2.52573-3.21888-3.91202
Ln1/△t-3.1818-3.81969-4.48334
-2.4-2.6-2.8-3.0
-lnc(S2O28
y=1.065x+0.8581
R2=0.9997
-3.2-3.4-3.6-3.8-4.0
-4.6-4.5-4.4-4.3-4.2-4.1-4.0-3.9-3.8-3.7-3.6-3.5-3.4-3.3-3.2-3.1-3.0
ln(1/t

由上图可知：线性拟合的结果很好，斜率k=1.065,由对比关系可得m=1.065，即(S2O2-8的反应级数为1.065
（2）I反应级数的测定
-

序号145
（I-）浓度0.0800.0400.020
时间t/s24.0947.1093.44
ln（I-）-3.1818
-3.81969-4.48334
Ln1/△t-3.1818
-3.85227-4.53732
由Origin做出Ln1/△t与ln（I）关系图得：
-

-3.0-3.2-3.4-3.6
-lnc(S2O28
y=0.9602x-0.1246
R2=0.9999
-3.8-4.0-4.2-4.4-4.6
-4.6-4.4-4.2-4.0-3.8-3.6-3.4-3.2-3.0
ln(1/t
由上图可知：斜率k=0.9602,由对比关系可得：m=0.9602,即（I）的反应级数为0.9602.
（3）反应数率常数的测定根据公式：
2[S2O32]
k[S2O82]m[I]n
t
-
将m、n的值代入，即可算出k的值。

实验数据处理见下表

序号(NH42S2O8浓度
(mol/LKI浓度(mol/LNa2S2O3浓度(mol/L时间t/s反应数率常数k
K的平均值
10.080.080.001624.090.02212
20.040.080.001645.590.02445
30.020.080.001688.530.02635
40.080.040.001647.100.02201
50.080.020.001693.44
0.02159
0.02330
由五组算得的k值求平均值，得到26摄氏度下的平均反应速率为0.02330mol/(L*s（4）反应活化能的测定
lnk对1/T的数据关系见下表：
序号123
温度T/K292.15299.15306.15
1/T
k
lnk
0.0034230.0033430.003267
0.013800.022120.03806
-4.283-3.811-3.269

Lnk对1/T由Origin作图得



-3.2-3.4-3.6
y=-6494x+17.93R2=0.9940
lnk
-3.8-4.0
-4.2-4.4
0.003270.003300.003330.003360.003390.00342
1/T/s-1
由阿伦尼乌斯公式两边取对数得：lnk=lnA-Ea/RT.
线性拟合的结果为Ea/R=6494,则Ea=6494*8.314=53.99KJ/mol.
七、实验结果讨论
1、误差分析：（1）计时开始的时间对反应的影响，本次试验在A与B液混合至一半时开始记录时间，而“混合到一半”很难在每次试验中都较好地把握，所以由此会带来每次试验的计时误差。（2）反应终点的判断，反应终点是溶液变蓝，但由于各反应物浓度的变化，变蓝的程度不一样，甚至在33摄氏度时溶液会很迅速地变成黄色（可能是淀粉指示剂在高温下发生了糊化），终点的延迟或提前判断会对计时时间造成影响。（3）每次搅拌的剧烈程度、恒温水浴锅的温度变化等也都会造成一定的实验误差。但从以上分析可知，影响结果的最重要因素为计时误差。2、实验改进：针对反应计时产生的误差，建议可以改用酸碱滴定管滴加A或B混合液，这样可以很好地控制加入速率，就能做到每次混合时开始计时时间均相同。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/f30f948565ce0508763213ad.html

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