碘鐘反應2012301040010楊平一、實驗目的1．掌握“碘鐘”反應的原理。學會運用“碘鐘”反應設計動力學實驗的方法。2．測定過硫酸根與碘離子的反應速率常數．反應級數和反應活化能.二、實驗原理在水溶液中，過二硫酸銨與碘化鉀發(fā)生如下反應：TOC\o"1-5"\h\zSO2-+3I-=2SO2-+1- （1）28 4 3為了能夠測定一定時間（At）內S2O82-濃度的變化量，在混合過二硫酸銨、碘化鉀溶液的同時加入一定體積已知濃度并含有淀粉（指示劑）的Na2S2O3溶液，在式（1）進行的同時，有下列反應進行：2SO2-+1-=SO2-+3I- （2）23 3 46反應（2）進行得非?？欤磻?）卻緩慢得多，故反應（1）生成的【3-立即與S2O32-作用生成無色的S4O62-和I-,因此反應開始一段時間內溶液無顏色變化，但當Na2S2O3耗盡，反應（1）生成的微量碘很快與淀粉作用，而使溶液呈現特征性的藍色。由于此時（即At）S2O32-全部耗盡，所以S2O82-的濃度變化相當于全部用于消耗Na2S2O3。由上可知，控制在每個反應中硫代硫酸鈉的物質的量均相同，這樣從反應開始到出現藍色的這段時間可作為反應初速的計量。由于這一反應能顯示自身反應進程，故稱為“碘鐘”反應。1、反應級數和速率常數的確定當反應溫度和離子強度相同時，（1）式的反應速率方程可寫為：—d[S2°訂]=k[SO2-]譏I-]n （3）dt 28在測定反應級數的方法中，反應初速法能避免反應產物的干擾求的反應物的真實級數。如果選擇一系列初始條件，測得對應于析出碘量為A[I2]的藍色出現的時間At,則反應的初始速率為：d[SO2-]d[I-]A[I-]— 2—8=L= 3—dt dt At根據（2）式的反應計量關系結合硫代硫酸鈉的等量假設，可知A[I-] 2A[I-] 2A[SO2-]3= 2_3At At根據(3)(4)(5)可知，2A[SO2-]2 3At=k[SO2—]m[I—]n28(5)(6)移項，兩邊取對數可得ln丄=lnAln丄=lnAtk2A[SO2-]23+mln[SO2-]+nln[I-]28(7)因而固定[I—|，以山丄對ln[SO2—]作圖，根據直線的斜率即可求出m;固定[SO2—],At 28 28同理可以求出n。然后根據求出的m和n，計算出在室溫下“碘鐘反應”的反應速率常數k。2、反應活化能的確定根據Arrhenius公式

六．數據處理與分析In—與ln[SO2-]的關系見表3。At 28表3inAt與％行］的關系數據表序號[SO2-]濃度(mol/L)28時間At/sln[SO2-]28In丄At10.08025.88-2.526-3.253520.04051.62-3.219-3.943930.020101.09-3.912-4.6160根據表3的數據作圖，見圖1。圖1inAt與1n%行］關系圖由圖1可知m=1.009In丄與［I-］的關系見表4。At表4inA；與［1-］的關系數據表序號[I-]濃度(mol/L)時間At/sln[I-]In丄At10.08025.88-2.526-3.258340.04052.22-3.219-3.955550.020102.72-3.912-4.6320

根據表4的數據作圖2。圖2.In｝與［I—］的關系圖At由圖2知n=1.0215.2反應速率常數的測定我們根據(6)式可知，知道m(xù),n這樣就可以計算出反應速率常數k的值了。表5反應速率常數k的測定(21.0°C條件下)序號12345(NH)SO溶液濃度(mol/L)0.0800.0400.0200.0800.0804 2 2 8KI溶液濃度(mol/L)0.0800.0800.0800.0400.020NaSO溶液濃度(mol/L)cc q0.00160.00160.00160.00160.0016時間At/s25.8851.62101.0952.22102.72反應速率常數k0.02080.02100.02160.02100.0216反應速率常數k的平均值0.0212同理可以計算25C和31C時反應速率常數k。表625C和31C時反應速率常數k序號25C31C(NH)SO溶液濃度(mol/L)0.0800.080KI溶液濃度(mol/L)0.0800.080NaSO溶液濃度(mol/L)c c c0.00160.00162 2 3時間At/s21.8415.97反應速率常數k0.02470.0338

5.3反應活化能的測定計算得1T與k的關系如表7所示:表71T與k的關系表序號溫度T/°C1T速率常數kInk1294.150.003400.0212-3.8542298.150.003350.0247-3.7013304.150.003290.0338-3.387作lnk和1/T的關系圖-3.3,-34Equationy=a-3.3,-34Equationy=a+■WeightNoWeightiResidualSumofe O.OD233Pearson'g「■0.&3964Adj.R-Squa0.95878ValueStandardE-CInterceptSlope10.65325-42730032.07516199&37CLinearFitofSheetlC-3.5圖3lnk和1/T的關系圖由(8)式可知Ea=8.314*4273=35?53KJ/mol5.4反應結果的表達：.反應級數：測得［S2O82-］的反應級數m=l?009,［I-］的反應級數n=1.021，總的反應級數m+n=2.030.反