[最新]碘钟试验-反应级数与活化能之测定

[最新]碘钟试验-反应级数与活化能之测定 實驗16 碘鐘實驗,反應級數與活化能之測定 B88901127 林勁翰 ?、實驗數據與結果 :一: 初期反應速率法 1. 反應時間測定 反應時間 2% 0.20 M 0.20 M 0.0050 M 0.10 M 0.10 M 編號 NaI NaCl NaSO 澱粉 KSO KSO (Δt: 22324228 (ml) (ml) (ml) (ml (ml) (ml) (sec) 1 2.0 2.0 1.0 1.0 2.0 2.0 77 75 2 2.0 2.0 1.0 1.0 0 4.0 37 36 3 4.0 0 1.0 1.0 2.0 2.0 41 39 2. 計算各反應物的起始濃度及詴驗1、2、3的初速率: 12,,,SO,,2,23,,SO,,228 rate,,,t,t 混合液中反應物起始濃度(M) 編 平均時間 反應速率 -2-2-號 Δt (sec) rate (M/sec) [SO] [SO] [I] 2328 -61 0.0005 0.02 0.04 76.0 3.29×10 -62 0.0005 0.04 0.04 36.5 6.85×10 -63 0.0005 0.02 0.08 40.0 6.25×10 2--3. 計算相對於SO和I的反應級數m與n。:以二位有效數字表示: 28 mrate26.850.046.85,,,, ,,,m,log,1.06,,,,2rate13.290.023.29,,,, nrate36.250.086.25,,,, ,,,n,log,0.93,,,,2rate13.290.043.29,,,, 4. 計算本實驗之速率常數。 mn2,,,,,,rate,kSOI 28 ,63.29，10,3,k,,4.15，10 1.060.93,,,,0.020.04 5. 寫出正確之速率定律式 -31.06 -0.932-rate = (4.15×10) [SO][I] 28 6. 自行設計實驗之取量 預定變色時間:73 sec ;實測變色時間:73 sec 詴 劑 預定取量(ml) 詴劑 預定取量(ml) 2% starch 1.0 0.0050 M NaSO 1.0 223 0.20 M NaI 2.0 0.10 M KSO 2.08 228 0.20 M NaCl 2.0 0.10 M KSO 2.0 24 Compared with sample 1 (let [KSO] = x): 228 1.06732.02，， ,,x,,2.081,,76x，，1.0673，， ,,76，， :二: 積分作圖法 1. 反應時間測定: 2% 平均液溫:28? 1.0 M 0.20 M 蒸餾水 0.15 M 編 澱粉 NaI NaSO KSO 223228號 (ml) (ml) (ml) (ml) (ml) 反應時間(t, sec) 1 1.0 5.0 5.5 1.5 5.0 510 2 1.0 5.0 4.5 2.5 5.0 371 3 1.0 5.0 3.5 3.5 5.0 280 4 1.0 5.0 2.5 4.5 5.0 191 5 1.0 5.0 1.5 5.5 5.0 110 6 1.0 5.0 0.5 6.5 5.0 40 2. 在此六次詴驗中,反應物:NaI、KSO:之濃度均相同,僅是計時劑,NaSO, 228223 2-2-用量不同。由於Δ[SO] = 2Δ[SO],因此,當經時間t,反應液變色時:即溶液中2328 2-計時劑NaSO用盡,溶液呈現深藍色:,溶液中剩餘之[SO],可由反應液內所加入22328之NaSO的量來計算: 223 2-(1) 由各瓶中所加NaSO體積及濃度,計算SO莫耳數。 22323 0.20 M 編 2-NaSO SO之莫耳數 22323號 (ml) -31 5.5 5.5×0.2×0.001 = 1.1×10 -32 4.5 4.5×0.2×0.001 = 0.9×10 -33 3.5 3.5×0.2×0.001 = 0.7×10 -34 2.5 2.5×0.2×0.001 = 0.5×10 -35 1.5 1.5×0.2×0.001 = 0.3×10 -46 0.5 0.5×0.2×0.001 = 1.0×10 2-(2) 計算溶液中SO之莫耳數。 28 -42-SO之莫耳數 = 0.15×5.0×0.001 = 7.5×10 mol 28 2-2-2-(3) 由Δ[SO] = 2Δ[SO]關係式,計算經時間t後,每瓶中SO之剩餘量(mol),232828 並計算其濃度( M, mol/L)。 2- 2-2-SOO SO S232828編 初始莫耳數 初始莫耳數 剩餘莫耳數 號 A B B-A/2 -3-4-41 1.1×10 7.5×10 2.0×10 -4-4-42 9.0×10 7.5×10 3.0×10 -4-4-43 7.0×10 7.5×10 4.0×10 -4-4-44 5.0×10 7.5×10 5.0×10 -4-4-45 3.0×10 7.5×10 6.0×10 -4-4-46 1.0×10 7.5×10 7.0×10 2-2-]及1/[SO]。(4) 計算六次詴驗之ln[SO 2828 編 2-2-2-[SO] ln[SO] 1/[SO] 282828號 -41 2.0×10 -8.517 5000.00 -42 3.0×10 -8.112 3333.33 -43 4.0×10 -7.824 2500.00 -44 5.0×10 -7.601 2000.00 -45 6.0×10 -7.419 1666.67 -46 7.0×10 -7.264 1428.57 (5)詳列以上各步算式並列表表示此一部份計算結果。 2- 2-編 SOSO 2328T 2-2-2-[SO] ln[SO] 1/[SO] 282828初始莫耳數 初始莫耳數 (sec) 號 -3-4-41 1.1×10 7.5×10 2.0×10 -8.517 5000.00 510 -4-4-42 9.0×10 7.5×10 3.0×10 -8.112 3333.33 371 -4-4-43 7.0×10 7.5×10 4.0×10 -7.824 2500.00 280 -4-4-44 5.0×10 7.5×10 5.0×10 -7.601 2000.00 191 -4-4-45 3.0×10 7.5×10 6.0×10 -7.419 1666.67 110 -4-4-46 1.0×10 7.5×10 7.0×10 -7.264 1428.57 40 2-2-2-3. 分別以[SO]、ln[SO]、1/[SO]:為Y軸:對時間t做圖。 282828 2-(1) [SO],,圖 28 8.0E-04 6.0E-04 4.0E-04 2.0E-04 0.0E+00 0100200300400500600 2-(2) ln[SO],,圖 28 0100200300400500600-7.000 -7.500 -8.000y = -0.0027x - 7.1191 -8.500 -9.000 2-(3) 1/[SO],,圖 28 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 0100200300400500600 4. 由3之結果,判斷此反應對反應物KSO而言: 228 反應級數:一級 -3速率常數:2.7×10 :三: 活化能之測定 1. 反應時間測定 T 1.0 M 0.20 M 0.15 M , T 編 NaI NaSO KSO ln(1/t) 1/T 223228號 (?) (ml) (ml) (ml) (K) (sec) -3冰浴 5.0 1.5 5.0 713 0 273.15 -6.569 3.66×10 -3室溫 5.0 1.5 5.0 110 28 301.15 -4.700 3.32×10 -3溫水浴 5.0 1.5 5.0 42 40 313.15 -3.738 3.19×10 2. 由詴驗5在室溫、冰浴及溫水浴三種溫度下的反應時間,以ln(1/t):為Y軸:對1/T :為X軸:做圖,所得最小方差直線之斜率求此反應之活化能。 0.00310.00320.00330.00340.00350.00360.0037 0.000 -2.000 -4.000 -6.000y = -5917.1x + 15.057 -8.000 3. 活化能:5917.1×8.314 = 49.2 KJ/mol :四: 催化劑 1. 反應時間測定 T 1.0 M 0.20 M 0.15 M 0.20 M t 編 NaI NaSO KSO CuSO 2232284(aq)號 (?) (ml) (ml) (ml) (drop) (sec) *5 5.0 1.5 5.0 2 28 35 *5 5.0 1.5 5.0 0 28 110 2. 詴由實驗結果,說明催化劑對反應速率之影響。 由上面實驗結果可以清楚的看到,加入催化劑後反應時間縮短了,也就付表反應速率變快。這是因為催化劑藉由改變反應的機構,而降低其活化能,促使反應加快。 至於步驟三中,提升溫度是使整體的動能增加,有更多高能的分子可以越過活化能這道門檻,而促使反應加速。這兩種效應是不同的。 ?、實驗過程觀察及注意事項 1. 再加入最後一樣反應物KSO後,需搖晃錐形瓶幾秒使溶液混合均勻。不過這段時228 間不均態造成的速率不穩定是無可避免的誤差之一。 2. 配置溶液完成後,應用瓶塞塞住瓶口備用。倘若使用不當,瓶塞也有可能造成污染, 像是殘留在瓶塞上的KSO,很有可能使溶液提前變色。因此,在搖晃錐形瓶時應228 避免上下搖動使溶液沾在瓶塞上。。 3. 測定活化能和溫度的關係時,我們很難確保系統的溫度恆定。溫水浴中反應極快, 溫水冷卻造成的誤差還不算太大。至於放在冰水中,由於整體是固液共存態,溫度 不穩定,若攪拌子攪得太快又會對系統作功加熱。這部分亦是避免不了的誤差。 ?、問題與討論 1. 說明本實驗反應產生深藍黑色的原因。 答:本實驗反應方程式如下: - 2-2-SO+ 2I? 2SO+ I 28 4 2 2--2-2SO + I ? 2I + SO 23246 2-2-我們以SO為定量詴劑:計時劑:。故當SO用完時,I將與澱粉指示劑生成藍黑色23232 的錯合物,使溶液變色。 2. 為何實驗:一:的反應溶液中要加入NaCl及KSO溶液,而實驗:二:積分作圖法卻沒24 有添加,應不應該添加, 答:已知離子強度μ會影響一物種之活性係數(activity coefficient, f)如下: 2,0.51ZA,, :Z為charge,α為水合離子A之有效直徑: logfAAAaaff，,,CD10.33,,,,CDCDAk,,，故μ會影響平衡物種之濃度分配,一般而言μ越大,而平衡常數 :a = [A]f: f越小。故在實驗一中加入NaCl及AA1,,,,aaABff22-4-2-32-2-ABAB，，,,Z,,,,A，ZB，...K那還不如不要加。K實驗一中的劑量較少,有必要加入兩者最大不同在於 SOSO,不但效益不大:因為本身濃度夠大:還會使得環境更複雜:因為多了,乃為維持各μ均等:SO之濃度,實驗一中只有NaCl及KSO5×10以維持μ相同。若實驗二也要加入M:。但在實驗二中卻無此作法。,在二中就有10~10SOM物種:,。因為 224423244AB2