化學反應速率實驗的改進

彭艷芬，吳秋艷，柴冬梅

（1.池州學院 化學材料與工程實驗中心，安徽 池州 247000；2.大慶油田技術培訓中心，黑龍江 大慶 163000）

化學反應速率實驗的改進

彭艷芬1，吳秋艷1，柴冬梅2

（1.池州學院 化學材料與工程實驗中心，安徽 池州 247000；2.大慶油田技術培訓中心，黑龍江 大慶 163000）

針對現行無機化學實驗教材中“化學反應速率和活化能的測定”的不足，提出了用FeCl3氧化KI測定化學反應速率，實驗有很好的重復性，而且體現了綠色化學理念。

無機化學實驗；實驗改進；化學反應速率

研究化學反應速率的大小對實際生產有很重大的意義，因此《化學反應速率和活化能的測定》是本、專科無機化學或基礎化學實驗中的一個必做實驗。現行的基礎化學實驗教材中關于化學反應速率的實驗都是用過二硫酸銨氧化碘化鉀的[1-3]。該實驗的藥品用量太大，360個學生2人一組，用藥品近90 L，用量筒幾十個，而且用量筒來量取溶液的最大缺點是溶液總要殘留一些，這樣會造成較大的誤差。另外過二硫酸銨有很強的氧化性且放置時間長了會分解，氧化KI生成的碘單質也會引起中毒[4]。用過二硫酸銨與碘化鉀反應來測定反應速率的實驗重復性不理想，2008級，2009級學生我們開設了此實驗只有10%的學生能夠做的很好。鑒于以上所述，我們對測定化學反應速率的實驗做了一些改革，我們用FeCl3來氧化KI，收到了很好的效果。

1 實驗原理

三氯化鐵與碘化鉀反應的方程式為：2Fe3++3I-=+2Fe2+（1），在 △t時間內，該反應的平均速率可表示為：v平均=△[Fe3+]/△t，其中，△[Fe3+]為Fe3+在△t時間內的濃度變化量，其反應速率方程可表示為：v=K[Fe3+]m[I-]n,其中v為瞬時速率，由于在△t時間內△[Fe3+]不是很大，因此可近似地用平均速率代替反應開始時的瞬時速率，所以有：v平均 =△[Fe3+]/△t≈ k[Fe3+]m[I-]n。為測定一定時間內△[Fe3+]的值，在混合反應溶液中事先加入一定量已知濃度的Na2S2O3，發生反應：2S2+I3-=S4+3I-（2），該反應能瞬時完成，比反應（1）要快得多，因此,反應(1)生成的立即被Na2S2O3還原,一旦當溶液中的Na2S2O3反應完成時，反應（1）生成的立即與溶液中的淀粉生成特有的藍色，計時停止，在△t時間內，Fe3+與S2O32-的濃度變化關系為：△[Fe3+]=△[S2]，因此：v=k[Fe3+]m[I-]n≈v平均=△[Fe3+]/t=△[S2]/t，通過交替改變和固定Fe3+與I-的濃度，即可求出反應速率常數k，反應級數（n+m）。

2 實驗部分

2.1 實驗試劑和儀器

0.05 mol/L FeCl3；0.05 mol·L-1KI；0.005 mol·L-1Na2S2O3；0.4%淀 粉 溶 液 ；0.05 mol·L-1KNO3；0.05 mol·L-1(NH4)2SO4；移液管；溫度計；秒表；燒杯若干

2.2 實驗步驟

2.2.1 濃度對化學反應速率的影響 在室溫 (如20℃)條件下進行表l中編號l的實驗。用移液管量取一定量的KI、Na2S2O3、和淀粉溶液，注入50 mL的小燒杯中，混合均勻。再用移液管取一定量FeCl3溶液，迅速倒入上述混合溶液中，同時開動秒表，并不斷攪拌，仔細觀察。當溶液剛出現藍色時，立即停表，記錄反應時間。用同樣方法進行編號2、3、4、5的實驗，實驗結果列在表1中。

表1 濃度對反應速率的影響 反應溫度（室溫）： 20℃

表2 溫度對反應速率的影響

表3 濃度對反應速率的影響 反應溫度（室溫）： 20℃

表4 濃度對反應速率的影響 反應溫度（室溫）： 20℃

2.2.2 溫度對化學反應速率的影響

按表1中實驗4號的用量，量取KI、Na2S2O3、去離子水和淀粉溶液放入100 mL燒杯中，量取20.0 mL 0.05 mol·L-1FeCl3溶液放在另一個燒杯中，并把它們同時放在在高于室溫10℃和低于室溫10℃的條件兩種條件下，迅速將兩個燒杯中的溶液混和，立即計時，不斷用玻璃棒攪拌，當溶液剛出現藍色時，停止計時，記下時間。實驗結果列于表2中。

3 結果與討論

（1）在原大學化學教學中以過二硫酸銨作為氧化劑來氧化KI，重復率不高，我們用FeCl3代替過二硫酸銨，有很好的重復率。

（2）FeCl3濃度不能太大，否則，一是速率太大，二是FeCl3的顏色會影響實驗終點的顏色觀察。我們試驗了幾種不同的濃度下的反應時間如表3和表4。

可以看出，表3中的各物質濃度是表2中的各物質濃度的一半，反應時間時間變長，反應變慢，但是反應級數沒有改變。再比較表3和表1，反應時間幾乎一樣，我們可以得出這樣的結論，在稀溶液中，可以忽略離子強度的影響[5]，在實驗中不足的部分以水來代替。

(3)原實驗是用量筒量取溶液的，這樣會引起很大的誤差。在此我們用移液管量取溶液，為了避免移液管放出的溶液的速度慢而使反應的時間變長的缺點，我們把用移液管取好的KI、Na2S2O3和淀粉溶液先混合好，把用移液管取好FeCl3放到小燒杯中，再迅速的到在混合溶液中。

[1]南京大學無機及分析化學實驗編寫組.無機及分析化學實驗[M].4版.北京：高等教育出版社,2006.

[2]沈君樸.無機化學實驗 [M].2版.天津:天津大學出版社,1992.

[3]蔣碧如.無機化學實驗[M].北京：高等教育出版社出版,1992.

[4]李景紅,孔茜,趙福岐.化學反應速率和活化能測定實驗的綠色化探索[J].聊城大學學報:自然科學版,2005,18(4):102-104.

[5]曹葵,牛桓云.測定化學反應速率實驗的改進[J].教學儀器與實驗,2006,22(1):18-19.

G 642

A

1674-1102(2011)06-0125-02

2011-11-16

池州學院教學研究項目（2010jy036）；池州學院《材料學》重點學科項目（2011XK04）；《應用化學》省級特色專業建設項目。

彭艷芬(1978－),女，江蘇睢寧人，池州學院化學與食品科學系講師，碩士，研究方向為配合物的合成。

[責任編輯：錢立武]