反應速率測定

領取專用器材：

 50 mL 錐形瓶 10 個：洗淨烘乾放冷

 計時器 1 個 ：助理助教點發

 5 mL刻度吸量管 2 支、安全吸球1 個（量取K₂SO₄ , K₂S₂O₈）

 軟木塞 2 個

 標籤紙數張（標示吸量管、燒杯、錐形瓶）

準備個人器材：

 100 mL燒杯 2 個：洗淨烘乾放冷（裝取K₂SO₄ , K₂S₂O₈）

 工程用計算機

1

碘鐘交響曲

2020/04/12 修訂

* 錐形瓶與燒杯需洗淨烘乾放冷以免濃度及溫度影響

* 戴麻布手套並用塑膠盆盛裝，以免燙傷及打破

2

碘鐘實驗-反應級數之測定

目的：

 測量：S₂O₈^2- + 2I^- → 2SO₄^2- + I₂ 之速率定律式 Rate = k[S₂O₈^2-]^m[I^-]ⁿ

 利用限量的硫代硫酸根（S₂O₃^2-）與碘分子（I₂）的 氧化還原反應當測量工具，測定上述反應之初速率 2S₂O₃^2- + I₂ → 2I^- + S₄O₆^2-

3

反應速率測定

(1) S

O

+ 2I

→ 2SO

+ I

限量之計時劑

反應(2)速率極快 欲測反應(1)速率

限量S₂O₃^2- 用完 澱粉指示劑變色

澱粉指示劑

(2) 2S

O

+ I

→ 2I

+ S

O

(3) I

+ I

→ I

rate [S O ] t

1

2 [S O ] t

2 8

2 2 3

2

 

 

 









[S₂

O

] ＝2[S

O

]

計算初速率

t 試驗

編號

0.20 M NaI (mL)

0.20 M NaCl (mL)

0.0050 M Na₂S₂O₃

(mL)

2%

澱粉 (mL)

0.10 M K₂SO₄

(mL)

0.10 M K₂S₂O₈ (mL)

變色

t (s) 時間

1 2.0 2.0 1.0 1.0 2.0 2.0 109 2 2.0 2.0 1.0 1.0 0 4.0 59 3 4.0 0 1.0 1.0 2.0 2.0 58

4

初期反應速率法

S₂O₈^2- + 2I^－→ 2SO₄^2- + I₂

表一：三組不同反應物初濃度試驗（總體積均10 mL)

限量之計時劑與指示劑 (體積、莫耳數固定)

[ S₂O₈^2- ] rate t

註：加入NaCl(aq)及K₂SO₄(aq)以維持溶液之離子強度 Rate = k[S₂O₈^2-]^m[I^-]ⁿ

維持溶液離子強度 維持溶液離子強度

Total 4 mL Total 4 mL

5

初速率 ^S

^O

^{+ 2I}

^{→ 2SO}

^{+ I}

rate ＝ k[S₂O₈^2-]^m[I^-]ⁿ

t

t  





  (0 0.00050) 0.00025 2

1

rate [S O ] t

1

2 [S O ] t

2 8

2 2 3

2

 

 

 









m n

2 m 8 2

n 2 m

8 2 2

1 1

2 1

2 (2.0)

) ] ([I )

] O

k([S

) ] ([I )

] O

k(2[S 59

109 /

00025 .

0

/ 00025 .

0 rate

rate

1 1

1

1 



 

 



  _{ }^



t t t

t

n n

2 m 8 2

n 2 m

8 2 3

1 1

3 1

3 (2.0)

) ] ([I )

] O

k([S

) ] (2[I )

] O

k([S 58

109 /

00025 .

0

/ 00025 .

0 rate

rate

1 1

1

1 



 

 



  _{ }^



t t t

t

m = 0.90

n = 0.90

** 代入m、n以及rate值，即可求出k值

0.0050 M x 1 mL

10 mL = 0.00050 M

用限量的S₂O₃^2-計算

** 不是用S₂O₈^2-

反應初速率（rate）與變色時間（t）成反比

0.90 0.90

0.90 2

8 2

0.90 0.90

2 8 2 1

0 9 90

1 )

x (2.0 ]

[I ]'

O k[S

] [I ]

O k[S 109

90 Δt

Δt rate

rate    _^{ }_ 

6

試驗 編號

0.20 M NaI (mL)

0.20 M NaCl (mL)

0.0050 M Na₂S₂O₃

(mL)

2%

澱粉 (mL)

0.10 M K₂SO₄

(mL)

0.10 M K₂S₂O₈ (mL)

變色

t (s) 時間

1 2.0 2.0 1.0 1.0 2.0 2.0 109 Rate₉₀ 2.0 2.0 1.0 1.0 4.0 – x x

90

自行設計實驗之取量（指定秒數＞ t

）

例如：交響曲預定變色時間：90 s

依配方1修改，K₂S₂O₈取量體積會盡可能的大，少一滴兩滴的誤差影響小

x = 2.47 = 2.5 (mL), x < 4

(1.5) (2.5)

x) log(2.0

0.90 109)

log(90 

刻度吸量管 定量液體分注器 (勿調整刻度 ! )

0.90 0.90

0.90 2

8 2

0.90 0.90

2 8 2 3

39 39

3 )

y (2.0 ]

[I ]'

O k[S

] [I ]

O k[S 58

39 Δt

Δt rate

rate    _^{ }_ 

7

試驗 編號

0.20 M NaI (mL)

0.20 M NaCl (mL)

0.0050 M Na₂S₂O₃

(mL)

2%

澱粉 (mL)

0.10 M K₂SO₄

(mL)

0.10 M K₂S₂O₈ (mL)

變色 時間

t (s)

3 4.0 0 1.0 1.0 2.0 2.0 58 Rate₃₉ 4.0 0 1.0 1.0 4.0 – y y

39

自行設計實驗之取量（指定秒數＜Δt

） 例如：交響曲預定變色時間：39 s

y = 3.11 = 3.1 (mL), y < 4

(0.9) (3.1)

y) log(2.0

0.90 58)

log(39 

刻度吸量管

變色時間＜Δt³ ，NaI定量分注器取量（濃度）需最大，只能依配方3修改

定量液體分注器(勿調整刻度 ! )

8

實驗步驟 1：取樣準備

• 10個50 mL錐形瓶 洗烘放冷至室溫

• 貼標籤標示

• 照表取量

• 定量液體分注器量取 0.20 M NaI

0.20 M NaCl

0.0050 M Na₂S₂O₃ 2% 澱粉溶液

• 置於錐形瓶中

* 使用同一組藥品

• 乾淨100 mL 燒杯裝取 約30 mL K₂SO₄

• 5 mL刻度吸量管量取 K₂SO₄ 於錐形瓶中

* 吸量管須洗淨並以少 量試劑潤洗2次

9

實驗步驟 2：反應及計時

• 100 mL 燒杯裝取約30 mL K₂S₂O₈

• 5 mL刻度吸量管準確量取K₂S₂O₈

• 加入錐形瓶時，應同時開始計時

• 塞上軟木塞，以手搖動20秒後靜置

* 安全吸球拔除，溶液進行全量排放

* 勿使溶液外濺!

* 可將錐形瓶放在白紙或白色加熱板上觀察

• 溶液一開始變色

• 立即停止計時

• 記錄變色時間（t）

塞上軟木塞，手搖20秒

加K₂S₂O₈即開始計時 變色瞬間停止計時

10

實驗步驟 3：計算及測試配方

• 重覆3種初濃度試驗

• 取平均值作為Δt_1,2,3

*二次重覆試驗，若變 色時間差異超過3秒則 需重做一次

• 計算：m值

• 依抽到的變色時間(Δt_指定) 設計一組試樣取量

• 實際取量試劑

• 測量變色時間是否正確

碘鐘交響曲:

準備一瓶配好的 試劑配合交響曲 音樂進行比賽。

反應變色時間 (Δt, s)

試驗1. ^{110 114 110} 試驗2. ^{56 59}

試驗3. ^{53 57 58}

反應速率及自行設計實驗之計算

11

rate = ⁻

1

2∆[S₂O₃²⁻]

∆t = ^0.00025

∆t

m： ^rate_rate²

1

= ^∆t1

∆t₂ = 2.0 ^m n： ^rate_rate³

1

= ^∆t1

∆t₃ = 2.0 ⁿ 指定變色 ∆𝑡： ^rate1,3

rate_指定 = ^∆t指定

∆t_1,3 = ^2.0

𝑥 ^m

log(^∆t_∆t^指定

1,3

) = m • log ^2.0_𝑥 m = ^log(

∆t₁

∆t₂) log2.0

n = ^log(

∆t₁

∆t₃) log2.0

log x = log 2 - ¹

𝑚 • log(^∆t_∆t^指定

1,3

) m log2.0 = log(^∆t_∆t¹

2) n log2.0 = log(_∆t3^∆t1)

1. 算式可參閱結報表格

2. 進行交響曲競賽，只須先求 出m值

3. 速率定律式回家完成

 錐形瓶應置烘箱烘乾放冷後使用，不應用紙擦乾

 錐形瓶隨用隨洗烘以備用

 溶液均無色，應用標籤標示 (吸量管、燒杯、錐形瓶)，課 後清洗器具時應一併清除標籤

 勿擅動定量分注器刻度，以致影響全班實驗數據之比較性

 計時應統一由K₂S₂O₈溶液一加入即開始（安全吸球拔掉進 行全量排放）

 整個實驗計時方式需一致，數據再現性才會高（錐形瓶潔 淨度、溫度、試劑之取量、加入次序、搖混溶液方式…）

 m、n 值需求出精確值，有效數字為 2 位，如 m = 0.90

 自行設計實驗，需維持離子強度及總溶液體積固定為10 mL

 寫出完整配方，以利TA協助查驗

 廢液不回收，每組洗淨錐形瓶放烘箱給下一班使用

12

實驗注意事項（完整報告）

定量液體分注器 Dispenser

（1）檢視刻度設定正確，不再調動刻度

（2）盛接器皿靠近唧筒出口

（3）輕拉抽氣唧筒到頂

（4）慢壓唧筒到底，取得溶液

（1）

（2）

（3）

（4）

13

移液吸管與刻度吸量管

 移液吸管玻璃管端只有一個標線，量取單一體積

 刻度吸量管有較細微體積刻劃，用以變換所量取 液體的體積

 吸量管不可放置於烘箱高溫烘乾，以免體積改變

 使用前先洗淨，再以少量待取試液潤洗 2次

 檢查安全吸球無漏氣後，裝接在吸量管上端

 安全吸球不要裝入太深，以免擋住控制氣閥

 吸量管的管口放進溶液中，不宜放的太淺，以免 吸到空氣

 吸取溶液超過吸量管標線，調整溶液到標線位置

 轉置溶液於接收器皿時，吸量管口需貼靠器壁

 拔除安全吸球，全部流放後停留約15秒

 殘餘尖端溶液不強制排放

 實驗後儘速沖洗乾淨

14

 壓按A閥排氣，擠壓球 體，將吸球內空氣排出

 壓按S閥吸液，球體慢慢 膨脹將液體吸入管內

 壓按E閥排液，則可將 液體排放