實驗八 碘鐘實驗－反應級數之測定-結報

實驗八 碘鐘實驗－反應級數之測定-結報

一、實驗記錄及結果 (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%

starch (mL)

0.1M K2SO4

(mL)

0.1M K2S2O8

(mL)

反應時間

△t (s) 1 2.0 2.0 1.0 1.0 2.0 2.0 92.81 2 2.0 2.0 1.0 1.0 0.0 4.0 58.50 3 4.0 0.0 1.0 1.0 2.0 2.0 51.90 2.計算各反應物的起始濃度及試驗 1、2、3 的初速率:

rate=

△t

=

1

2△[S₂O₃ ²⁻]

△t

編號 混合液中反應物起始濃度(M) 平均時間

△t (s)

初期反應速率 Initial rate(M/s) [S2O32-] [S2O82-] [I^-]

1 5×10^-4 0.02 0.04 92.81 2.69×10^-6 2 5×10^-4 0.04 0.04 58.50 4.27×10^-6 3 5×10^-4 0.02 0.08 51.90 4.82×10^-6 以編號 1 為例：

[S2O32-

]= 0.005(M) × 1/10 = 5×10^-4(M) [S2O82-

]= 0.1(M) × 2/10 = 0.02(M) [I^-]= 0.2(M) × 2/10 = 0.04(M)

Initial rate = -0.5 × -5 × 10^-4(M) / 92.81(s) = 2.69×10^-6(M/s)

3.計算相對於

S

O

I

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟏=𝐤(𝟎. 𝟎𝟒)^𝐦(𝟎. 𝟎𝟒)^𝐧 𝐤(𝟎. 𝟎𝟐)^𝐦(𝟎. 𝟎𝟒)^𝐧= 𝟐^𝐦 𝟒. 𝟐𝟕 × 𝟏𝟎^−𝟔

𝟐. 𝟔𝟗 × 𝟏𝟎^−𝟔 = 𝟏. 𝟓𝟗 = 𝟐^𝐦 𝐥𝐨𝐠 𝟐^𝐦= 𝐦 𝐥𝐨𝐠 𝟐 = 𝐥𝐨𝐠 𝟏. 𝟓𝟗 𝐦 =𝐥𝐨𝐠 𝟏. 𝟓𝟗

𝐥𝐨𝐠 𝟐 =𝟎. 𝟐𝟎

𝟎. 𝟑𝟎= 𝟎. 𝟔𝟕#

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟑

𝐫𝐚𝐭𝐞𝟏=𝐤(𝟎. 𝟎𝟐)^𝐦(𝟎. 𝟎𝟖)^𝐧

𝐤(𝟎. 𝟎𝟐)^𝐦(𝟎. 𝟎𝟒)^𝐧= (𝟐)^𝐧 𝟒. 𝟖𝟐 × 𝟏𝟎^−𝟔

𝟐. 𝟔𝟗 × 𝟏𝟎^−𝟔 = 𝟏. 𝟕𝟗 = 𝟐^𝐧 𝐥𝐨𝐠 𝟐^𝐧= 𝐧 𝐥𝐨𝐠 𝟐 = 𝐥𝐨𝐠 𝟏. 𝟕𝟗

𝐧 =𝐥𝐨𝐠 𝟏. 𝟕𝟗

𝐥𝐨𝐠 𝟐 =𝟎. 𝟐𝟓

𝟎. 𝟑𝟎= 𝟎. 𝟖𝟑#

4. 計算本實驗之速率常數。

2.69×10^-6 = k (0.02)^0.67 × (0.04)^0.83 2.69×10^-6 = k × 0.07 × 0.07

k = 2.69×10^-6 / 4.9×10^-4 = 5.5×10^-4# 5.寫出正確之速率定律式。

Rate = 5.5×10^-4 [S2O82-

]^0.67[I^-]^0.83 6.自行設計實驗之取量

預定變色時間： 227(s) ；實際變色時間： 148(s)

試 劑 預定取量(mL) 試 劑 預定取量(mL)

2%starch 1.0 0.005MNa2S2O3 1.0 0.2MNaI 2.0 0.1MK2S2O8 3.0

0.2MNaCl 2.0 0.1MK2SO4 3.0

5.5×10^-4 (0.03)^0.67(0.01)^0.83 = -0.5 × -5 × 10^-4 /χ 5.5×10^-4 × 0.01 × 0.02 = 2.5× 10^-5 /χ

1.1×10^-7 = 2.5× 10^-5/χ

χ= 2.5× 10^-5 / 1.1×10^-7 = 227#

(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)

蒸餾水 (mL)

0.15M K2S2O8

(mL)

反應時間 t (s)

1 1.0 5.0 5.5 1.5 5.0 1139

2 1.0 5.0 4.5 2.5 5.0 829

3 1.0 5.0 3.5 3.5 5.0 512

4 1.0 5.0 2.5 4.5 5.0 345

5 1.0 5.0 1.5 5.5 5.0 201

6 1.0 5.0 0.5 6.5 5.0 66

2.在此六次試驗中 ，反應物(NaI、K2S2O8)之濃度均相同，僅是計時劑 Na2S2O3

用量不同。由於△[S₂O₃ ²⁻]=2△[S₂O₈ ²⁻]，因此，經時間 t，反應液變色時(即溶 液中計時劑 Na2S2O3用盡，溶液呈現深藍色)，溶液中剩餘之[S₂O₈ ²⁻]，可由反應 液內所加入之的 Na2S2O3量來計算：

(1)由各杯中所加 Na2S2O3體積及濃度，計算[S₂O₃ ²⁻]莫耳數。

(2)計算溶液中S₂O₈ ²⁻之莫耳數。

(3)由△[S₂O₃ ²⁻]=2△[S₂O₈ ²⁻]關係式，計算經時間 t 後，每杯中S₂O₈ ²⁻之剩 餘量(mol)，並計算其濃度(M,mol/L)。

(4)計算六次試驗之 ln[S₂O₈ ²⁻]及1/[S₂O₈ ²⁻]。

(5)詳列以上各步算式並列表表示此部分計算結果。

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 1.1×10^-3 7.5×10^-4 2.0×10^-4 0.011 -4.50986 90.9091

#2 9.0×10^-4 7.5×10^-4 3.0×10^-4 0.016 -4.13517 62.5

#3 7.0×10^-4 7.5×10^-4 4.0×10^-4 0.022 -3.81671 45.4545

#4 5.0×10^-4 7.5×10^-4 5.0×10^-4 0.027 -3.61192 37.0370

#5 3.0×10^-4 7.5×10^-4 6.0×10^-4 0.033 -3.41125 30.3030

#6 1.0×10^-4 7.5×10^-4 7.0×10^-4 0.038 -3.27017 26.3158 (1) S2O32- 起始量 (4) [S2O82-

]

#1 0.2 × 5.5×10^-3 = 1.1×10^-3 #1 2.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.011

#2 0.2 × 4.5×10^-3 = 9.0×10^-4 #2 3.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.016

#3 0.2 × 3.5×10^-3 = 7.0×10^-4 #3 4.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.022

#4 0.2 × 2.5×10^-3 = 5.0×10^-4 #4 5.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.027

#5 0.2 × 1.5×10^-3 = 3.0×10^-4 #5 6.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.033

#6 0.2 × 0.5×10^-3 = 1.0×10^-4 #6 7.0×10^-4 / 18×10^-3 = 0.038 (2) S2O82- 起始量 (5) ln[S2O82-

]

#1-#6 0.15×5×10^-3=7.5×10^-4 #1 ln 0.011= -4.50986 (3) S2O82- 剩餘量 #2 ln 0.016= -4.13517

#1 7.5×10^-4 - 0.5 × 1.1×10^-3 = 2.0×10^-4 #3 ln 0.022= -3.81671

#2 7.5×10^-4 - 0.5 × 9.0×10^-3 = 3.0×10^-4 #4 ln 0.027= -3.61192

#3 7.5×10^-4 - 0.5 × 7.0×10^-3 = 4.0×10^-4 #5 ln 0.033= -3.41125

#4 7.5×10^-4 - 0.5 × 5.0×10^-3 = 5.0×10^-4 #6 ln 0.038= -3.27017

#5 7.5×10^-4 - 0.5 × 3.0×10^-3 = 6.0×10^-4 (6) 1 / [S2O82-

]

#6 7.5×10^-4 - 0.5 × 1.0×10^-3 = 7.0×10^-4 #1 1 / 0.011= 90.9091 #2 1 / 0.016= 62.5 #3 1 / 0.022= 45.4545 #4 1 / 0.027= 37.0370 #5 1 / 0.033= 30.3030 #6 1 / 0.038= 26.3158

3.分別以[S₂O₈ ²⁻]、ln[S₂O₈ ²⁻]、1/[S₂O₈ ²⁻](為 Y 軸)對時間 t 作圖。

y = -2E-05x + 0.0373 R² = 0.9615

0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 0.04

0 500 1000 1500

[S2O82-]反應後濃度(M)

時間t(s)

零級反應(zero order)

[S2O82-]反應 後濃度 線性(0.011)

y = -0.0012x - 3.1996 R² = 0.9984

-5 -4 -3 -2 -1 0

0 200 400 600 800 1000 1200

ln[S2O82-]

時間t(s)

一級反應(first order)

ln【S2O82-】

線性(-4.50986)

y = 0.0593x + 18.17 R² = 0.9729

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00

0 500 1000 1500

1/[S2O82-]

時間t(s)

二級反應(second order)

1/【S2O82-】

線性

(90.9090909)

4.由 3 之結果，判斷此反應對反應物 K2S2O8而言：

反應級數：first order(因其 R 平方值最接近 1) 速率常數：0.0012(s^-1)為其斜率

5.檢討心得：

我們做的實驗變色時間和預計變色時間上的誤差不小，有以下幾種原因：

(1.) 因為我們是和另外兩組分工加藥劑的，每一個人按壓 Pipet 的力氣不同導 致誤差都不太一樣。

(2.) 我們加藥劑的速度不太一樣，溶液裡反應的快慢不同，這樣會導致反應 的速度也有快慢差。

(3.) 當我們等待反應變色時，有調動加熱攪拌器的攪拌頻率，因為後來轉的 比較快，可能催化了反應速率。

6.工作分配：

00233116 周怡萍：數據整理、製表、計算過程 00233135 王榆帆：製圖、檢討心得