針對化學反應速率實驗中存在的一些問題，譬如試劑易變質(zhì)，產(chǎn)生廢液多，體積量取誤差大等情況，選擇兩種體系進行實驗探索。研究發(fā)現(xiàn)，溫度與催化劑對反應速率影響極大，實驗過程中須嚴格控制催化劑加入量，恒定實驗溫度至高于或低于室溫10℃左右即可。推薦了一種實驗效果良好的反應體系，結(jié)果表明，該體系反應速率常數(shù)的相對平均偏差僅為1.45%，活化能的相對偏差僅為1.52%，且試劑消耗量低，產(chǎn)生含碘廢液少，符合實驗室綠色化要求。

化學反應速率與化學平衡實驗是高等院校最常開設的無機實驗之一，該實驗內(nèi)容經(jīng)典、操作基本、所占學時適宜，在我校理工科專業(yè)中被廣泛采用。經(jīng)過多年的教學實踐發(fā)現(xiàn)，該實驗存在以下問題，需要逐一解決。其一，原實驗曾采用KIO3與Na HSO3實驗體系，因KIO3試劑的成本日益高漲轉(zhuǎn)而以（NH4)2S2O8與KI替代。更換成（NH4)2S2O8體系后實驗成本得到降低，但該試劑配成溶液后在常溫下分解比較嚴重，濃度在0.20mol·L-1時只能保存2～3天，為保障實驗效果經(jīng)常需要現(xiàn)用現(xiàn)配。在實驗室高負荷運轉(zhuǎn)狀態(tài)下，準備實驗時極易出現(xiàn)不協(xié)調(diào)狀況并會造成試劑的浪費。同時，在化學反應速率實驗中試劑用量較大，產(chǎn)生含碘廢液多，不符合實驗室綠色化要求，需要對實驗體系作進一步改進并力求減少試劑用量。其二，溶液的量取通常采用量筒操作，某些學生為趕速度會忽略規(guī)范操作，導致溶液體積誤差較大，使得實驗數(shù)據(jù)測量不準確。其三，實驗過程中以玻璃棒攪拌溶液，玻璃棒與燒杯壁會發(fā)生持續(xù)碰撞，致使燒杯磨損嚴重。

針對以上問題，總結(jié)前人經(jīng)驗，教學團隊選擇在常溫下以比較穩(wěn)定的K2S2O8和Fe Cl3溶液為氧化劑，分別與其他試劑組成兩種體系進行實驗效果對比，以期找出更合適的實驗體系。

一、實驗方案的選擇與原理

化學反應速率反映的是單位時間內(nèi)反應物的濃度變化值，它取決于反應物的性質(zhì)、濃度，反應溫度及催化劑等因素。在水溶液中，K2S2O8與KI發(fā)生的反應和（NH4)2S2O8與KI發(fā)生的反應相似，此處不再贅述。而對于Fe Cl3與KI的反應方程式可表示為：

該反應的反應速率與反應物濃度的關(guān)系為：

式（2）中：Δc(Fe3+）為Fe3+在Δt時間內(nèi)的濃度改變值；c(Fe3+）、c(I-）為兩種離子的起始濃度；k為該反應的反應速率常數(shù)；v是反應的平均速率。

式（2）表示的是該反應在開始一段時間內(nèi)的平均反應速率，可近似看作該反應的起始速率。為測定在一段時間Δt內(nèi)的Δv(Fe3+），在將KI與Fe Cl3溶液相混合的同時，體系中加入了一定體積已知濃度的Na2S2O3和淀粉溶液，這樣在反應（1）進行的同時，體系中還進行著如下反應：

該反應的反應速率遠遠大于反應（1），當反應（1）中生成I3-時會立即被S2O32-消耗掉，轉(zhuǎn)而生成無色的S4O62-與I-。當Na2S2O3反應完全，反應（1）生成的微量I3-立即與淀粉發(fā)生作用，使溶液呈現(xiàn)藍色，并隨I3-離子的增多溶液藍色逐漸加深。由兩個反應式的計量關(guān)系可以看出，F(xiàn)e Cl3與Na2S2O3為1∶1的計量關(guān)系，即：

當溶液呈現(xiàn)藍色時S2O32-已全部耗盡，所以Δc(S2O32-）即S2O32-的起始濃度。每次只改變混合溶液中的反應物之一Fe Cl3或KI的濃度，保持Na2S2O3的起始濃度相同，即每組溶液到藍色出現(xiàn)時的Δc(S2O32-）相同，準確記錄溶液從反應開始到溶液出現(xiàn)藍色所用的時間Δt，則Fe Cl3與KI的反應速率可表示為：

進而可計算出該反應的反應級數(shù)、反應速率常數(shù)和活化能。當保持c(I-）不變時，F(xiàn)e Cl3的反應級數(shù)為：

當保持c(Fe3+）不變時，KI的反應級數(shù)為：

從而反應速率常數(shù)為：

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