碘钟反应

2012301040010     杨平

一、实验目的

1．掌握“碘钟”反应的原理。学会运用“碘钟”反应设计动力学实验的方法。

2．测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数．反应级数和反应活化能.

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：

                             (1)

为了能够测定一定时间（Δt）内S₂O₈^2- 浓度的变化量，在混合过二硫酸铵、碘化钾溶液的同时加入一定体积已知浓度并含有淀粉（指示剂）的Na₂S₂O₃ 溶液，在式（1）进行的同时，有下列反应进行：

                             (2)

反应（2）进行得非常快，而反应（1）却缓慢得多，故反应（1）生成的I₃ ^-立即与S_­2O₃^2- 作用生成无色的S₄O₆^2- 和I^? ，因此反应开始一段时间内溶液无颜色变化，但当Na₂S₂O₃耗尽，反应（1）生成的微量碘很快与淀粉作用，而使溶液呈现特征性的蓝色。由于此时（即Δt） S₂O₃^2- 全部耗尽，所以S₂O₈^2- 的浓度变化相当于全部用于消耗Na₂S₂O₃。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可作为反应初速的计量。由于这一反应能显示自身反应进程，故称为“碘钟”反应。

1、反应级数和速率常数的确定

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)

在测定反应级数的方法中，反应初速法能避免反应产物的干扰求的反应物的真实级数。

如果选择一系列初始条件，测得对应于析出碘量为Δ[I₂]的蓝色出现的时间Δt，则反应的初始速率为：     

                             (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

                                    (5)

根据(3)(4)(5)可知，

                             (6)

移项，两边取对数可得

                 (7)

因而固定，以对ln作图，根据直线的斜率即可求出；固定，同理可以求出。然后根据求出的和，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数。

2、反应活化能的确定

根据Arrhenius公式

六．数据处理与分析

与ln的关系见表3。

表3与的关系数据表

根据表3的数据作图，见图1。

图1与ln关系图

由图1可知m=1.009

与的关系见表4。

表4与的关系数据表

根据表4的数据作图2。

图2.与的关系图

由图2知n=1.021

5.2反应速率常数的测定

我们根据(6)式可知，知道m，n，这样就可以计算出反应速率常数的值了。

表5 反应速率常数的测定（21.0℃条件下）

同理可以计算25℃和31℃时反应速率常数k。

表6 25℃和31℃时反应速率常数k

5.3反应活化能的测定

计算得与的关系如表7所示：

表7与的关系表

作lnk和1/T的关系图

图3 lnk和1/T的关系图

由（8）式可知Ea=8.314*4273=35.53 KJ/mol

5.4 反应结果的表达：

a）.反应级数：测得[S₂O₈^2-]的反应级数m=1.009，[I^-]的反应级数n=1.021，总的反应级数m+n=2.030

b）.反应速率常数：在21ºC条件下，该反应的速率常数为0.0212L/(mol?s);

在25ºC条件下，该反应的速率常数为0.0247L/(mol?s);

在31ºC条件下，该反应的速率常数为0.0338L/(mol?s)。

c）.反应活化能：Ea=35.53KJ/mol

第二篇：碘钟反应的动力学和热力学参数的测定完整实验报告

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]：

                             (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)式中产生的少量的会优先和反应而被还原成：

                             (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：

                            (3)

根据(1)式中的反应计量关系，可以认为：

                             (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

                                    (5)

根据(3)(4)(5)可知，

                             (6)

移项，两边取对数可得

                 (7)

因而固定，以对作图，根据直线的斜率即可求出；固定，同理可以求出。然后根据求出的和，计算出在室温下“碘钟反应”的反应速率常数。

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，计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以对作图，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溶液；

0.20M溶液；

0.01M溶液；

4%淀粉溶液；

0.20M溶液；

0.20M溶液。

四、实验内容

1、反应级数和速率常数的测定

按照表1所列数据将每组的溶液、溶液和淀粉溶液放入烧杯A中混合均匀，溶液、溶液和溶液放入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

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

1、反应级数和速率常数测定的数据记录

2、不同温度下反应1时间记录

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。

   (S₂O2-₈)反应级数的测定

Ln1/△t与ln(S₂O^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(S₂O^2-₈)-0.6377,其中相关系数r=0.99897.对比可知1.0548即为

(S₂O^2-₈)的反应级数。

（I^-）反应级数的测定

Ln1/△t与ln（I^-）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 

将m、n的值代入，即可算出k的值。

实验数据的处理见下表

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的数据关系见下表：

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。