碘钟反应”的反应级数、速率常数和活化能的测定实验报告
化学学院 材化班
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和反应级数。
2、掌握碘钟反应过程及其原理。
二、简要实验原理
在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应[1]：
22284332S O I SO I ---
-+=+ (1)
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3I -会优先和223S O -反应而被还原成I -：
222334623S O I S O I ----+=+ (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：
222828[][][]m n d S O k S O I dt
----= (3)
根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：
22833[][][]
d S O d I I dt dt t
---∆-==
∆ (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
2323[]2[]
I S O t t
--∆∆=
∆∆ (5) 根据(3)(4)(5)可知，
2223282[]
[][]m n S O k S O I t
---∆=∆ (6) 移项，两边取对数可得
2282231ln
ln ln[]ln[]2[]
k m S O n I t S O ---=++∆∆ (7) 因而固定[]I -，以1
ln
t
∆对228[]S O -作图，根据直线的斜率即可求出m ；固定228[]S O -，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ln k 对1T 作图，根据直线的斜率即可求出活化能。
三、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 4228()NH S O 溶液； 0.20M KI 溶液；
0.01M 223Na S O 溶液； 4%淀粉溶液；
0.20M 3KNO 溶液； 0.20M 424()NH SO 溶液。 四、实验内容
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4228()NH S O 溶液、424()NH SO 溶液和淀粉溶液放入烧杯A 中混合均匀，KI 溶液、223Na S O 溶液和3KNO 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
1 2 3 4 5 0.20M 4228()NH S O 溶液/mL
10.0 5.0 2.5 10 10.0 0.20M KI 溶液/mL 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5 0.01M 223Na S O 溶液/mL 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.4%淀粉溶液/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.20M 3KNO 溶液/mL 0 0 0 5.0 7.5 0.20M 424()NH SO 溶液/mL 0
5.0
7.5
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10.0、30.0和40.0℃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，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。
五、实验数据的记录
六、实验数据的处理
1、反应级数和速率常数的计算
由5、1数据表格，我们可以依次求出反应级数及数率常数K 。 (S 2O2-8)反应级数的测定 Ln1/△t 与ln (S 2O 2-8)关系数据表
有计算机做出Ln1/△t与ln(S2O2-8)关系图得：
由图可知：Ln1/△t=1.0548ln(S2O2-8)-0.6377,其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为(S2O2-8)的反应级数。
（I-）反应级数的测定
-）关系数据表
由计算机做出Ln1/△t与ln（I）关系图得：
由图可知：Ln1/△t=1.04122 ln（I-）-0.6504.其中相关系数r=0.99827.对比公式可知n=1.04122,这就是I2的反应级数。
2、反应数率常数的测定
根据公式
2
2
23
28
2[]
[][]
m n S O
k S O I
t
-
--∆
=
∆
将m、n的值代入，即可算出k的值。
由上可知，此反应数率常数为k=0.0263462 3、反应活化能的测定
Lnk对1/T由计算机作图得：
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lnk=12.471-4781.48/T, 则由此计算出的活化能为
Ea=4781.48*8.314=39.752kJ/mol.
七、实验结果讨论
1、温度对实验的影响
显然，温度越高，反应速率越大。且观察发现，随着温度的升高，碘最终与淀粉的显色越深，可能是由于高温下淀粉糊化，支链结构发生改变，影响碘与淀粉的络合。
2、其他因素对实验的影响
反应计时起始时间，搅拌的程度，溶液体积的变化均会对实验结果产生影响。
