碘鐘實驗

生科 1A 第 15 組 0053B013 陳晏平

碘鐘實驗

結報

1

目錄

初期反應速率法∙∙∙∙∙∙∙P.2

積分作圖法∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙P.6

2

一、實驗紀錄及結果 (一) 初期反應速率法

1. 反應時間測定

編號

0.2M NaI (ml)

0.2M NaCl (ml)

0.005M Na₂S₂O₃

(ml)

2%

澱粉 (ml)

0.1M K₂SO₄ (ml)

0.1M K₂S₂O₈

(ml)

反應時間 Δt(sec)

1 2 2 1 1 2 2 123

2 2 2 1 1 0 4 73

3 4 0 1 1 2 2 64

2. 計算各反應物的起始濃度及試驗 1、2、3 的初速率:

編號

混合液中反應物起始濃度 (M) 反應時間 Δt (sec)

反應速率 rate (M/sec) [S2O32-] [S2O82-] [I^-]

1 5x10^-4 2x10^-2 4x10^-2 123 -2.03x10^-6

2 5x10^-4 4x10^-2 4x10^-2 73 -3.42x10^-6

3 5x10^-4 2x10^-2 8x10^-2 64 -3.91x10^-6

限量試劑

3

計算:

(1) 反應物的起始濃度

反應物濃度 =混合前濃度 × 混合前體積 混合後體積

[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−] =𝟎. 𝟎𝟎𝟓(𝑴) × 𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)

𝟏𝟎 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳) =𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒(𝑴)

(試驗 1~3 之[S₂O₃^2-]皆相同)

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] =𝟎. 𝟏(𝑴) × 𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)

𝟏𝟎 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳) = 𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟐(𝑴)

(試驗 1、3 之[S₂O₈^2-]相同)

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] =𝟎. 𝟏(𝑴) × 𝟒 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)

𝟏𝟎 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳) = 𝟒 × 𝟏𝟎^−𝟐(𝑴)

(試驗 2)

[𝑰⁻] =𝟎. 𝟐(𝑴) × 𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)

𝟏𝟎 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳) =𝟒 × 𝟏𝟎^−𝟐(𝑴)

(試驗 1、2 之[I^-]相同)

[𝑰⁻] =𝟎. 𝟐(𝑴) × 𝟒 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)

𝟏𝟎 × 𝟏𝟎^−𝟑(𝑳) =𝟖 × 𝟏𝟎^−𝟐(𝑴)

(試驗 3)

(2) 試驗 1、2、3 的初速率

𝐫𝐚𝐭𝐞 =−𝚫[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]

𝜟𝒕 = −𝟏

𝟐 𝜟[𝑺^𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−] 𝜟𝒕

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟏 =−𝟏

𝟐 × (−𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒)(𝑴)

𝟏𝟐𝟑(𝒔) =−𝟐. 𝟎𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟔(𝑴/𝒔)

4

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟐 =−𝟏

𝟐 × (−𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒)(𝑴)

𝟕𝟑(𝒔) = −𝟑. 𝟒𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟔(𝑴/𝒔)

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟑 =−𝟏

𝟐 × (−𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒)(𝑴)

𝟔𝟒(𝒔) = −𝟑. 𝟗𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟔(𝑴/𝒔)

3. 計算相對於 S

O

和 I

的反應級數 m 與 n(以二位有效 數字表示)

rate=k[S2O82-]^m[I^-]ⁿ

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟐

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟏= 𝒌(𝟐[𝑺_𝟐𝑶_𝟖^𝟐−])^𝒎([𝑰⁻])^𝒏 𝒌([𝑺_𝟐𝑶_𝟖^𝟐−])^𝒎([𝑰⁻])^𝒏 =𝟐^𝒎

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟑

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟏= 𝒌([𝑺_𝟐𝑶_𝟖^𝟐−])^𝒎(𝟐[𝑰⁻])^𝒏 𝒌([𝑺_𝟐𝑶_𝟖^𝟐−])^𝒎([𝑰⁻])^𝒏 =𝟐^𝒏

將實驗所得知反應速率帶入即可得 m、n 值

(1) m 值計算

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟐

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟏=−𝟑. 𝟒𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟔

−𝟐. 𝟎𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟔 ≅ 𝟏. 𝟔𝟖 = 𝟐^𝒎 𝐥𝐨𝐠(𝟏. 𝟔𝟖) = 𝐥𝐨𝐠(𝟐^𝒎)

𝐦 =𝐥𝐨𝐠(𝟏. 𝟔𝟖)

𝐥𝐨𝐠(𝟐^𝒎) ≅ 𝟎. 𝟕𝟓

(2) n 值計算

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟐

𝒓𝒂𝒕𝒆𝟏=−𝟑. 𝟗𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟔

−𝟐. 𝟎𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟔 ≅ 𝟏. 𝟗𝟐 = 𝟐^𝒏 𝐥𝐨𝐠(𝟏. 𝟗𝟐) = 𝐥𝐨𝐠(𝟐^𝒏)

𝐦 =𝐥𝐨𝐠(𝟏. 𝟗𝟐)

𝐥𝐨𝐠(𝟐^𝒏) ≅ 𝟎. 𝟗𝟒

5

4. 計算本實驗之速率常數 k

rate=k[S2O82-]^m[I^-]ⁿ

−𝟐. 𝟎𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟔 = 𝒌 × (𝟎. 𝟎𝟐)^{𝟎.𝟕𝟓}× (𝟎. 𝟎𝟒)^{𝟎.𝟗𝟒} 𝐤 = −𝟐. 𝟎𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟔

(𝟎. 𝟎𝟐)^{𝟎.𝟕𝟓}× (𝟎. 𝟎𝟒)^{𝟎.𝟗𝟒} ≅−𝟖. 𝟎𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟒

5. 寫出正確之速率定律式

𝐫𝐚𝐭𝐞 = −𝟖. 𝟎𝟐 × 𝟏𝟎

[𝑺

𝑶

]

[𝑰

]

6. 自行設計實驗之取量

預定變色時間:Δt=90s 實測變色時間:87s 誤差:3%

試劑 預定取量 (ml) 試劑 預定取量(ml)

2% starch 1 0.005M Na₂S₂O₃ 1

0.2M NaI 2 0.1M K₂S₂O₈ X=3.03

0.2M NaCl 2 0.1M K2SO4 4-X=4-3.03=0.97

計算:

設預定變色時間Δt=90s，0.1M K₂S₂O₈預定用量為X，0.1M K₂SO₄預定 用量為4-X(0<X<4，X≠2)

𝐫𝐚𝐭𝐞 =−𝚫[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]

𝜟𝒕 = −𝟏

𝟐 𝜟[𝑺^𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]

𝜟𝒕 =−𝟏

𝟐 ×(−𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒)(𝑴)

∆𝒕

= 𝒌[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]^𝒎[𝑰⁻]^𝒏

6

−^𝟏_𝟐×(−𝟓×𝟏𝟎^−𝟒)(𝑴)

𝟗𝟎(𝒔) = −𝟖. 𝟎𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟒(^{𝟎.𝟏×𝑿}

𝟏𝟎 )^{𝟎.𝟕𝟓}(𝟎. 𝟎𝟒)^{𝟎.𝟗𝟒}

→X=3.03

(二) 積分作圖法 1. 反應時間測定

編號

2%

澱粉 (ml)

1M NaI (ml)

0.2M Na₂S₂O₃

(ml)

純水 (ml)

0.15M K₂S₂O₈ (ml)

反應時間 Δt(sec)

1 1 5 5.5 1.5 5 967

2 1 5 4.5 2.5 5 705

3 1 5 3.5 3.5 5 505

4 1 5 2.5 4.5 5 392

5 1 5 1.5 5.5 5 218

6 1 5 0.5 6.5 5 62

2. 在此六次試驗中，反應物 (NaI、K

S

O

) 之濃度均相同，

僅是計時劑 Na

S

O

用量不同。由於 Δ[S

O

]=2Δ

[S

O

]，因此，當經時間 t，反應液變色時(即溶液中計 時劑 Na

S

O

用盡，溶液呈現深藍色)，溶液中剩餘之

限量試劑

7

[S

O

]，可由反應溶液內所加入之 Na

S

O

的量來計算:

(1) 由各杯中所加入的 Na

S

O

體積及濃度，計算 S

O

莫耳數

𝐦𝐨𝐥𝐞 = 莫耳濃度(𝐌) × 體積(𝐋)

編號 1[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟓. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟏. 𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟑

編號 2[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟒. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟗 × 𝟏𝟎^−𝟑

編號 3[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟑. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟕 × 𝟏𝟎^−𝟑

編號 4[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟐. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑

編號 5[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟏. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟑

編號 6[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟐(𝑴) × (𝟎. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟑

(2) 計算溶液中 S

O

之莫耳數

𝐦𝐨𝐥𝐞 = 莫耳濃度(𝐌) × 體積(𝐋)

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝒎𝒐𝒍𝒆 = 𝟎. 𝟏𝟓(𝑴) × (𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑)(𝑳) =𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒 編號 1~6 皆相同

(3) 由 Δ[S

O

]=2Δ[S

O

] 關係式，計算經時間 t

後，每杯中 S

O

之剩餘量(mole)，並計算其濃度

(M，mole/L)

8

剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 初始[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 − 使用[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞

= 初始[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 − (𝟏

𝟐𝜟[𝑺_𝟐𝑶_𝟑 ^𝟐−])

編號 1 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟏. 𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟒

編號 2 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟗 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟒

編號 3 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟕 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟒 × 𝟏𝟎^−𝟒

編號 4 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒

編號 5 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟑 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟔 × 𝟏𝟎^−𝟒

編號 6 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 = 𝟕. 𝟓 × 𝟏𝟎^−𝟒− (^𝟏

𝟐× 𝟏 × 𝟏𝟎^−𝟑) =𝟕 × 𝟏𝟎^−𝟒

剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−](𝐌) = ^{剩餘[𝑺𝟐𝑶𝟖}

𝟐−]𝐦𝐨𝐥𝐞 𝑽_{𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍}(𝑳)

編號 1 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟐×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟏𝟏𝟏

編號 2 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟑×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟏𝟔𝟕

編號 3 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟒×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟐𝟐𝟐

編號 4 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟓×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟐𝟕𝟖

9

編號 5 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟔×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟑𝟑𝟑

編號 6 剩餘[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = ^{𝟕×𝟏𝟎−𝟒}

𝟏𝟖×𝟏𝟎^−𝟑(𝑳)= 𝟎. 𝟎𝟑𝟖𝟗

(4) 計算六次試驗之 ln[S

O

]及 1/[S

O

]

ln[S2O82-]:

編號 1 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟏𝟏𝟏) =−𝟒. 𝟓

編號 2 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟏𝟔𝟕) =−𝟒. 𝟏

編號 3 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟐𝟐𝟐) =−𝟑. 𝟖

編號 4 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟐𝟕𝟖) =−𝟑. 𝟔

編號 5 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟑𝟑𝟑) =−𝟑. 𝟒

編號 6 𝐥𝐧[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−] = 𝒍𝒏(𝟎. 𝟎𝟑𝟖𝟗) =−𝟑. 𝟐

1/[S2O82-]:

編號 1 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟏𝟏𝟏=𝟗𝟎. 𝟏

編號 2 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟏𝟔𝟕=𝟓𝟗. 𝟗

10

編號 3 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟐𝟐𝟐=𝟒𝟓. 𝟎

編號 4 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟐𝟕𝟖=𝟑𝟔. 𝟎

編號 5 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟑𝟑𝟑=𝟑𝟎. 𝟏

編號 6 ^𝟏

[𝑺_𝟐𝑶_𝟖 ^𝟐−]= ^𝟏

𝟎.𝟎𝟑𝟖𝟗=𝟐𝟓. 𝟕

(5) 詳列以上各步計算過程並列表表示此一部份計算 結果

編號

S₂O₃^2- 最初 (mole)

S₂O₈^2- 最初 (mole)

S₂O₈^2- 剩下 (mole)

[S₂O₈^2-] (M)

ln[S₂O₈^2-] 1/[S₂O₈^2-]

1 1.1x10^-3 7.5x10^-4 2x10^-4 0.0111 -4.5 90.1

2 9x10^-4 7.5x10^-4 3x10^-4 0.0167 -4.1 59.9

3 7x10^-4 7.5x10^-4 4x10^-4 0.0222 -3.8 45.0

4 5x10^-4 7.5x10^-4 5x10^-4 0.0278 -3.6 36.0

5 3x10^-4 7.5x10^-4 6x10^-4 0.0333 -3.4 30.0

6 1x10^-4 7.5x10^-4 7x10^-4 0.0389 -3.2 25.7

11

3. 分別以[S

O

]、ln[S

O

]、1/[S

O

](為 Y 軸)對時間 t 作圖

y = -3E-05x + 0.0399 R² = 0.9852

0.0000 0.0100 0.0200 0.0300 0.0400 0.0500

0 200 400 600 800 1000 1200

【S2O82-】

Δt(sec)

零級反應對時間作圖

【S2O82-】

線性(【S2O82-】)

y = -0.0014x - 3.1021 R² = 0.9911

-5.0 -4.0 -3.0 -2.0 -1.0 0.0

0 200 400 600 800 1000 1200

LN【S2O82-】

Δt(sec)

一級反應對時間作圖

LN【S2O82-】

線性(LN【S2O82-】)

y = 0.0707x + 14.192 R² = 0.937

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0

0 200 400 600 800 1000 1200

1/【S2O82-】

Δt(sec)

二級反應對時間作圖

1/【S2O82-】

線性(1/【S2O82-】)

12

4. 由 3 之結果，判斷此反應對反應物 K

S

O

而言:

反應級數: 1，因為一級反應之 R²最接近 1

速率常數: 0.0014，由一級反應趨勢線之斜率可知