化学反应速率与活化能的测定实验报告
人格特点-宁波规划
2023年2月22日发(作者：曾国藩)化学反应速率、反应级数和活化能的测定电子教案
化学反应速率、反应级数和活化能的测定
【教学目的】
1.了解浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响，加深对化学反应速率、反应级数和活
化能等概念的理解。
2.了解测定过二硫酸铵与碘化钾反应速率的原理和方法；测定过二硫酸铵与碘化钾反应的
平均反应速率，通过求算其反应级数、速率常数和活化能，初步掌握实验数据处理和作图方
法。
3.练习在水浴中的恒温操作；掌握温度计、秒表的正确使用方法。
【教学重点】
1.通过测定过二硫酸铵与碘化钾反应的反应速率，使学生了解浓度、温度对化学反应速率
的影响，求算反应级数、反应速率常数和反应的活化能的数据处理方法，掌握作图法计算活
化能。
2.使学生学会示踪反应方法的设计。
【教学内容】
一、实验原理
在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应：S
2
O
8
2−+3I−=2SO
4
2−+I
3
−（1）
该反应的速率方程可表示为：v=k[S
2
O
8
2−]m[I−]n（2）
式中v为瞬时反应速度，k为速率常数，m和n总和称为该反应的反应级数。
实验中只能测平均速率，由于本实验在Δt时间内反应物浓度变化很小，可用平均速率
代替瞬时速率。即v=−Δ[S
2
O
8
2−]/Δt≈k[S
2
O
8
2−]m[I−]n（3）
为了能够测定出反应在Δt时间内S
2
O
8
2−的浓度变化值，引入示踪反应：
2S
2
O
3
2−+I
3
−=S
4
O
6
2−+3I−（4）
反应（4）进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应（1）比反应（4）慢得多，因此由反
应（1）生成的I
3
−立即与S
2
O
3
2−反应，生成无色的S
4
O
6
2−和I−。因此在开始一段时间内，
看不到碘与淀粉反应而显示的特有蓝色。一旦Na
2
S
2
O
3
耗尽，由反应（1）继续生成的微量碘
很快与淀粉作用，使溶液显蓝色。所以，从反应开始到溶液变蓝，S
2
O
3
2−的消耗量即为加入
的Na
2
S
2
O
3
的起始浓度。【告诉学生在设计实验时，要保证加入的Na
−2
32
OS
c
2
S
2
O
3
的量不能过多，
须被I
3
−离子完全反应掉。】
比较反应（1）和（4）可知：Δ[S
2
O
8
2−]=Δ[S
2
O
3
2−]/2=−2
322
1
OS
c
因此v=−Δ[S
2
O
8
2−]/Δt=−2
322
1
OS
c/Δt=k[S
2
O
8
2−]m[I−]n（5）
根据不同浓度下的反应速率（反应速率常数不变），可通过比较第一组和第三组的v
1
和
v
3
（I−的浓度相同），运用式（5）可计算出对反应物过二硫酸铵的反应分级数m，同理可通
过比较第一组和第五组的反应速率v
1
和v
5
，运用式（5）计算出对反应物KI的反应分级数n，
反应总级数即为(m+n)。然后将m和n和数值代入式（5）中求出五组数据的反应速率常数k，
取其平均值即为所求的常温下的反应速率常数k。详见实验数据记录与处理。
反应速率常数k与温度T之间存在如下关系，即著名的阿累尼乌斯方程：k=Ae−E
a
/RT（6）
E
a
为阿累尼乌斯实验活化能，R为气体常数，A为实验测得常数。将（6）式两边取对数，
1
化学反应速率、反应级数和活化能的测定电子教案
有lgk=
−E
a
2.303RT
+lgA，测出不同温度下的k值，以lgk对1/T作图，可得一直线，其斜率J
=
−E
a
2.303R
，由斜率即可求出活化能E
a
。
二、实验步骤
1.浓度对化学反应速率的影响，求反应级数
室温下，按表1中1号试验的试剂用量，用3个量筒分别量取20mL0.2mol⋅L−1KI溶液，
8mL0.010mol⋅L−1Na
2
S
2
O
3
溶液和2mL0.2%淀粉溶液倒入100mL烧杯中混合均匀，然后用
另一量筒量取20mL0.2mol⋅L−1(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液迅速倒入烧杯中，同时立即按下秒表，并不
断搅拌至溶液刚出现蓝色时，立即停止记时，将反应时间和室温记入表1。
用同样的方法按照表1中的用量进行2∼5号实验。为了使每次实验中溶液的离子强度
和总体积保持不变，不足的量分别用0.2mol⋅L−1KNO
3
溶液和0.2mol⋅L−1(NH
4
)
2
SO
4
溶液补
足。
2.温度对反应速率的影响，求算活化能
按表l中试验4中的用量，把KI、Na
2
S
2
O
3
、KNO
3
和淀粉溶液倒入100mL烧杯中，把
(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液倒入另一个小烧杯中，把它们同时放在冰浴中冷却，等烧杯中溶液都冷却到
低于室温约10°C时，把(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液迅速加到混合液中，同时记时，并不断搅拌溶液，至
溶液变蓝，记录反应时间。
用同样方法，利用热水浴在约比室温高10°C的条件下，重复以上实验。连同试验1中
4号结果可以得到3个不同温度下的反应时间，将有关数据和处理结果填入表2。
3.加入催化剂对反应速率的影响
按表1中实验4的用量把KI、Na
2
S
2
O
3
、KNO
3
和淀粉溶液倒入100mL烧杯中，再加入
两滴Cu(NO
3
)
2
溶液，然后迅速加入(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液，搅拌，记时，将此试验的反应速率与表
1中试验4的反应速率进行比较。
三、数据记录及数据处理
表1浓度对反应速率的影响室温
试验编号12345
0.2mol⋅L−1(NH
4
)
2
S
2
O
8
201052020
0.2mol⋅L−1KI
202020105
0.010mol⋅L−1Na
2
S
2
O
3
88888
0.2%淀粉22222
0.2mol⋅L−1KNO
3
0001015
试剂用量/mL
0.2mol⋅L−1(NH
4
)
2
SO
4
0101500
(NH
4
)
2
S
2
O
8
KI
反应物的起始
浓度/mol⋅L−1
Na
2
S
2
O
3
反应时间Δt/s
S
2
O
8
2−的浓度变化Δ[S
2
O
8
2−]/mol⋅L−1
反应速率v/mol⋅L−1⋅s−1
m
n
反应总级数m+n
2
化学反应速率、反应级数和活化能的测定电子教案
表2温度对反应速率的影响
试验编号167
反应温度/K
反应时间Δt/s
反应速率v/mol⋅L−1⋅s−1
反应速率常数k/mol−1⋅L⋅s−1
lgk
1/T/K−1
活化能E
a
/KJ⋅mol−1
表3催化剂对反应速率的影响
试验编号48
加入Cu(NO
3
)
2
溶液滴数02
反应时间Δt/s
附：
1.反应级数和反应速率常数的求算
将表1中试验1和3的结果代入（5）式，有
v
1
v
3
=
k[S
2
O
8
2−]
1
m[I−]
1
n
k[S
2
O
8
2−]
3
m[I−]
3
n
由于[I−]
1
n=[I−]
3
n
所以
v
1
v
3
=
[S
2
O
8
2−]
1
m
[S
2
O
8
2−]
3
m
将v
1
、v
3
、[S
2
O
8
2−]
1
、[S
2
O
8
2−]
3
代入上式，即可求出m。
同理，将表1中试验1和5的结果代入（5）式，可求算出n。由m和n得到反应的总
级数，填入表1。
将求得的m和n代入（5）式，即求得反应速率常数k，填入表2。
2.作图法求E
a
要求用坐标纸，铅笔作图。将多次测试的数据作图，一般具有“平均”的意义，可消除
一些偶然误差。因此作图技术的高低与科学实验的正确结论有密切的联系。
（1）选取坐标轴并选择适当的比例尺
在坐标纸上画两条互相垂直、带箭头的直线，以自变量1/T为横坐标，应变量lgk为纵
坐标，并注明所代表变量的名称和单位。
按数据特点选择适当的比例尺，将1/T所取数值放大1000倍，可使有效数字在图中能
恰当表达出来，并使每格对应的数值易读，利于计算。
为了使测量数据各点均匀分布在全图，不偏于某一角上，横坐标原点值可取3或3.2，
纵坐标原点值可取−3.5（不一定从零开始），直线与横坐标的夹角在45°左右，角度不要太大
或太小，直线的倾斜度不影响直线斜率的计算。
（2）点和线的描绘
测得的数据点在图上用符号⊕、⊗、×、Δ等标示清楚，符号的重心即读数值。
将图纸上各点连接成直线，直线不必通过所有点，只要这些点均匀分布在线条两侧即可，
若有个别点偏离太远，绘制曲线时可不考虑。
（3）由图形求斜率
在直线上任选两点(x
1
，y
1
)，(x
2
，y
2
)，但这两点不宜相隔太近，求出直线斜率J=(y
2
−y
1
)
3
化学反应速率、反应级数和活化能的测定电子教案
(x
2
−x
1
)−1。特别应注意的是，不能取实验中的两组数据代入计算（除非这两组数据代表的点
恰在线上且相距足够远）。计算时应注意是两点坐标差之比，不是纵、横坐标线段长度之比，
因为纵、横坐标的比例尺可能不同，以线段长度求斜率，必然导出错误结果。
四、基本操作及仪器的使用
1.恒温水浴
将盛有溶液的两个烧杯同时置于恒温水浴箱中，设置水浴温度并加热，恒温后，按实验
步骤2所述进行操作，将反应时间和水浴温度记入表2。
2.秒表的使用
秒表是准确测量时间的仪器。它有各种规格，实验室常用秒表的秒针转一周为30s，分
针转一周为15min。这种表的长针为秒针，短针为分针，表面上相应有两圈刻度，分别表示
秒、分的数值，可读准到0.01s。表的上端有柄头，用它旋紧发条，控制表的起动、停止和
指针归零。
使用步骤如下：
（1）旋紧发条，并使指针归零；
（2）手握表体，拇指按下柄头，秒表开始计时。
（3）按下柄头，秒表停止计时，读数（一定注意要加上内圈分针的读数）。
（4）第三次按下柄头，指针返回零点。
（5）使用完毕，按下柄头，让表继续走动，使发条完全放松，放回盒中。
注意：有的秒表有暂停装置，推动暂停钮，走动的表即暂停，退回暂停钮时，表又走动，
连续计时。
3.温度计的使用
根据测量要求选择精确度合适的温度计。测量时一般应将温度计悬挂起来，使水银球悬
于溶液中，不可靠在容器上或插到容器底部。不可将温度计当搅棒使用。刚测过高温的温度
计不可立即测低温或马上用自来水冲洗，以免温度计炸裂。
【注意事项】
1.按公用量筒上的标签量取指定溶液，量筒严禁混用，严禁用自己的滴管在试剂瓶中取用
药品，溶液必须配制精确，否则引起误差。
2.溶液添加量和添加顺序不要弄错。
3.正确使用秒表，仔细读数，不要损坏。
4.两人一组，相互配合。一人倒入过二硫酸铵，另一人立即计时，搅拌时不要碰烧杯壁，
仔细观察现象（可在烧杯下垫一张白纸以便观察），变色即停秒表。
5.在做温度条件实验时，混合液和过二硫酸铵需放置在同一恒温水浴或同一冰水浴中约
10min，方可进行反应计时。
6.作图必须用座标纸10×10cm，规范作图并贴在实验报告纸上。
【课后作业】
一、正确书写实验报告
1.数据记录与处理部分
（1）用直尺、铅笔画数据表，位置不够可附页，但要贴在报告纸上，数据表中的数据不可
用铅笔填写，并注意数据的科学表达形式。
（2）必须用10×10cm座标纸规范作图，图上不可有任何计算式，计算过程和计算结果写在
4
化学反应速率、反应级数和活化能的测定电子教案
实验报告上，不要写在图上。
（3）活化能文献数据E
a
=51.8KJ⋅mol−1，将实验值与文献值比较，计算相对误差。
2.问题与讨论部分
要求学生分析可能引起误差的各种原因，并回答下列思考题：
（1）根据反应方程式能否确定反应级数？为什么？
（2）本实验中为什么可由反应溶液出现蓝色的时间长短计算反应速率？溶液出现蓝色后，
反应是否就终止？
（3）不用S
2
O
8
2−，而用I−浓度变化表示反应速率，则反应速率常数k是否一样？
（4）下列操作对实验结果有何影响？
①取用三种试剂的量筒没有分开专用；
②先加(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液，最后加KI溶液；
③慢慢加入(NH
4
)
2
S
2
O
8
溶液
（5）本实验中Na
2
S
2
O
3
的用量过多或过少，对实验结果有何影响？
二、预习下周实验
5