化學實驗數(shù)據(jù)（反應(yīng)速率測定）記錄與處理試題一、實驗原理與目的本實驗通過測定不同條件下化學反應(yīng)的速率，探究濃度、溫度、催化劑對反應(yīng)速率的影響，掌握數(shù)據(jù)記錄與處理的基本方法。以過二硫酸銨與碘化鉀的氧化還原反應(yīng)為例：$$\text{(NH}_4\text{)}_2\text{S}_2\text{O}_8+3\text{KI}=(\text{NH}_4\text{)}_2\text{SO}_4+\text{K}_2\text{SO}_4+\text{KI}_3$$反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系可表示為：$$v=k[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]^m[\text{I}^-]^n$$通過控制變量法測定反應(yīng)速率，計算反應(yīng)級數(shù)（m、n）和速率常數(shù)（k）。二、實驗數(shù)據(jù)記錄（一）濃度對反應(yīng)速率的影響實驗序號$\text{(NH}_4\text{)}_2\text{S}_2\text{O}_8$溶液$\text{KI}$溶液$\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$溶液$\text{淀粉溶液}$$\text{KNO}_3$溶液$\text{(NH}_4\text{)}_2\text{SO}_4$溶液反應(yīng)時間$\Deltat/\text{s}$110.0mL(0.20mol/L)10.0mL(0.20mol/L)4.0mL(0.010mol/L)1.0mL0025.025.0mL(0.20mol/L)10.0mL(0.20mol/L)4.0mL(0.010mol/L)1.0mL05.0mL50.0310.0mL(0.20mol/L)5.0mL(0.20mol/L)4.0mL(0.010mol/L)1.0mL5.0mL052.0（二）溫度對反應(yīng)速率的影響實驗序號反應(yīng)溫度$T/\text{℃}$反應(yīng)時間$\Deltat/\text{s}$$\ln(1/\Deltat)$41080.0-4.3952525.0-3.2264010.0-2.30（三）催化劑對反應(yīng)速率的影響實驗序號催化劑（$\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$溶液）反應(yīng)溫度$T/\text{℃}$反應(yīng)時間$\Deltat/\text{s}$702525.082滴(0.02mol/L)2512.5三、數(shù)據(jù)處理與計算（一）反應(yīng)速率的計算濃度變化量$\Delta[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]$根據(jù)計量關(guān)系，$\Delta[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]=\Delta[\text{S}_2\text{O}_3^{2-}]/2$，其中$\Delta[\text{S}2\text{O}3^{2-}]=cV/V{\text{總}}$。以實驗1為例：$V{\text{總}}=10.0+10.0+4.0+1.0=25.0\\text{mL}$$\Delta[\text{S}_2\text{O}_3^{2-}]=(0.010\\text{mol/L}\times4.0\\text{mL})/25.0\\text{mL}=0.0016\\text{mol/L}$$\Delta[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]=0.0016/2=0.0008\\text{mol/L}$反應(yīng)速率$v$$v=\Delta[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]/\Deltat=0.0008\\text{mol/L}/25.0\\text{s}=3.2\times10^{-5}\\text{mol·L}^{-1}·\text{s}^{-1}$（二）反應(yīng)級數(shù)與速率常數(shù)的計算反應(yīng)級數(shù)（m、n）對比實驗1和2（$\text{I}^-$濃度不變）：$\frac{v_1}{v_2}=\left(\frac{[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]_1}{[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]_2}\right)^m$$\frac{3.2\times10^{-5}}{1.6\times10^{-5}}=\left(\frac{0.08}{0.04}\right)^m\Rightarrow2=2^m\Rightarrowm=1$對比實驗1和3（$\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$濃度不變）：$\frac{v_1}{v_3}=\left(\frac{[\text{I}^-]_1}{[\text{I}^-]_3}\right)^n\Rightarrown=1$因此，總反應(yīng)級數(shù)為$m+n=2$。速率常數(shù)$k$$k=v/([\text{S}_2\text{O}_8^{2-}][\text{I}^-])$實驗1中：$k=3.2\times10^{-5}/(0.08\times0.08)=5.0\times10^{-3}\\text{L·mol}^{-1}·\text{s}^{-1}$（三）溫度對速率常數(shù)的影響（Arrhenius方程）$\lnk$與$1/T$的線性關(guān)系|溫度$T/\text{K}$|速率常數(shù)$k/\text{L·mol}^{-1}·\text{s}^{-1}$|$\lnk$|$1/T\times10^3/\text{K}^{-1}$||------------------|--------------------------------------------|---------|----------------------------------||283|1.0×10^{-3}|-6.91|3.53||298|5.0×10^{-3}|-5.30|3.36||313|2.0×10^{-2}|-3.91|3.19|活化能$E_a$由Arrhenius方程$\lnk=-\frac{E_a}{R}\cdot\frac{1}{T}+\lnA$，斜率$=-E_a/R$。斜率$=\frac{-3.91-(-6.91)}{3.19-3.53}=\frac{3.00}{-0.34}=-8.82\times10^3\\text{K}$$E_a=-R\times斜率=-8.314\\text{J·mol}^{-1}·\text{K}^{-1}\times(-8.82\times10^3\\text{K})=73.3\\text{kJ·mol}^{-1}$四、誤差分析與討論系統(tǒng)誤差溶液濃度配制不準確導致$\Delta[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]$計算偏差；溫度控制不當（如反應(yīng)過程中溫度波動）影響速率常數(shù)測定。偶然誤差秒表計時反應(yīng)終點（溶液變藍）存在主觀判斷誤差；混合溶液時攪拌不均勻?qū)е戮植繚舛炔町悺８倪M措施使用移液槍代替量筒，提高體積測量精度；采用恒溫水浴控制反應(yīng)溫度，減少溫度波動。五、實驗結(jié)論反應(yīng)速率隨$\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$和$\text{I}^-$濃度的增大而加快，反應(yīng)級數(shù)均為1，總反應(yīng)級數(shù)為2；溫度升高使速