碘钟反应实验报告

碘钟反应

[1**********]10 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：

2

S2O823I2SO4I3 (1)

为了能够测定一定时间（Δt）内S2O82-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：

2S2O32I3S4O623I (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S2O32-作用生成无色的S4O62-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） S2O32-全部耗尽，所以S2O82-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：

d[S2O82]k[S2O82]m[I]n (3)

dt

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：

d[S2O82]d[I3][I3]

(4) 

dtdtt

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) 

tt

根据(3)(4)(5)可知，

2[S2O32]

k[S2O82]m[I]n (6) t

移项，两边取对数可得

ln

1klnmln[S2O82]nln[I] (7) 2t2[S2O3]

因而固定[I]，以ln

1

对ln[S2O82]作图，根据直线的斜率即可求出m；固定[S2O82]，t

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。

2、反应活化能的确定 根据Arrhenius公式

六．数据处理与分析

ln

1

与ln[S2O82]的关系见表3。 t

表3ln

12

与[S2O8]的关系数据表 根据表3的数据作图，见图1。

图1ln

12

与ln[S2O8]关系图 t

由图1可知m=1.009 ln

1

与[

I

]的关系见表4。 t

表4ln

1

与[I]的关系数据表

根据表4的数据作图2。

图2.ln

1

与[I]的关系图 t

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k的值了。

表5反应速率常数k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625℃和31℃时反应速率常数k

5.3反应活化能的测定

计算得与k的关系如表7所示：

表7与k的关系表

作lnk和1/T的关系图

图3lnk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[S2O82-]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