过二硫酸铵与碘化钾反应速率实验探讨-化学论文

本文以《无机化学实验教学指导书》[1]的实验方法:讨论研究在不同温度(20℃、28℃、38℃)下浓度对化学反应速率的影响。由于过二硫酸铵中含有Fe3+、Cu2+等离子,对反应速率也有影响,加入EDTA掩蔽。本文以不加EDTA和加EDTA两种情况对比,找出比较理想的温度和浓度,寻求出较好的实验方案。
1、反应原理
在水溶液中,S2O82-与I-反应可表示为:
S2O82-+3I-=2SO42-+I3-(1)
此反应的速率与反应物浓度的关系为:
△[S2O82-].(△t)-1=K[S2O82-]m[I-]n
为了测出在一定时间(△t)内S2O82-浓度的改变量,在混合S2O82-与I-溶液同时,加入定量的Na2S2O3溶液和淀粉指示剂,这样在反应(1)进行同时,也进行如下反应:
2S2O32-+I3-=S4O62-+3I-(2)
反应(2)进行得极快,几乎瞬间完成,而反应(1)却慢得多,由反应(1)生成的碘立刻与S2O32-反应,生成无色的S4O62-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快与淀粉作用,使溶液显蓝色。
从反应(1)和(2)式可看出,S2O82浓度减少量总是等于S2O32-减少量的一半。△[S2O82-]实际上就是反应开始时Na2S2O3耗尽,由反应(1)继续反应生成的微量碘很快与淀粉作用,使溶液显蓝色。
从反应(1)和(2)式可看出,S2O82浓度减少量总是等于S2O82-减少量的一半。△[S2O82-]实际上就是反应开始时Na2S2O3的浓度的一半。由于每份混合液中Na2S2O3的起始浓度都相同,因此△[S2O82-]也是不变的。这只要记下从反应开始到溶液刚显蓝色的时间(△t),就可求算平均反应速率V:
V=△[S2O82-].(△t)-1=△[S2O82-].(2△t)-1
从V即能算出反应速率常数K和反应级数m、n。
2、溶液的配制
2.1过二硫酸铵溶液
用分析天平称取(NH4)2S2O8晶体45.6004克,将其配制成1000ml溶液定容,其浓度为0.20mo1.1-1,并测定其PH值为4.2。
2.2碘化钾溶液
用分析天平称取KI晶体33.2003克,将其配制成1000ml溶液,其浓度为0.20mo1.1-1。
2.3硫代硫酸钠溶液
用分析天平称Na2S2O3·5H2O晶体1.2402克,将其配制成500ml溶液,其浓度为0.010mo1.1-1。
2.40.2%淀粉溶液
称取0.4克淀粉,用蒸馏水调成糊状,再加入200ml蒸馏水,加热煮沸,而后冷却,得0.2%的淀粉溶液。
2.5硝酸钾溶液
用分析天平称取KNO3晶体4.0402克,将其溶解为200ml溶液,其浓度为0.20mo1.1-1。
2.6硫酸铵溶液
用分析天平称妈(NH4)2SO4晶体5.2802克,配制成200ml溶液,其浓度为0.20mo1.1-1。
2.7EDTA溶液
用分析天平称取C10H14N2O8Na2.2H2O3.7201克,配成100ml溶液,其浓度为0.10mo1.1-1。
3、仪器及药品说明
本实验所用药品均无分析纯级;恒温装置是HH-6型数显恒温水浴锅(常州国华电器有限公司荣誉出品)。
4、实验步骤
4.1安装数显恒温水浴锅,按下面实验要求分别将温度设置为20℃、28℃、38℃。
4.2在20℃进行表1编号I的实验。用量筒分别量取20.0ml0.2mo1.1-1KI溶液,8.0ml0.010mo1.1-1的Na2S2O3溶液和4.0ml0.2%淀粉溶液,全部注入一干净的锥形瓶中,混合均匀。然后用另一量筒量取20.0ml0.20mo1.1-1的(NH4)2S2O8溶液,水浴恒温(20℃),两分钟后迅速倒入锥形瓶混合液中,同时开动秒表,并不断摇动,仔细观察。当溶液刚出现蓝色时,立即按停秒表,记录反应时间。同理作表1编号Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ的实验,记录反应时间。
4.3将数显恒温水浴锅温度设置在28℃和38℃,分别作表2和表3的实验,记录反应时间。