針對化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中存在的一些問題，譬如試劑易變質(zhì)，產(chǎn)生廢液多，體積量取誤差大等情況，選擇兩種體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探索。研究發(fā)現(xiàn)，溫度與催化劑對反應(yīng)速率影響極大，實(shí)驗(yàn)過程中須嚴(yán)格控制催化劑加入量，恒定實(shí)驗(yàn)溫度至高于或低于室溫10℃左右即可。推薦了一種實(shí)驗(yàn)效果良好的反應(yīng)體系，結(jié)果表明，該體系反應(yīng)速率常數(shù)的相對平均偏差僅為1.45%，活化能的相對偏差僅為1.52%，且試劑消耗量低，產(chǎn)生含碘廢液少，符合實(shí)驗(yàn)室綠色化要求。

化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡實(shí)驗(yàn)是高等院校最常開設(shè)的無機(jī)實(shí)驗(yàn)之一，該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容經(jīng)典、操作基本、所占學(xué)時適宜，在我校理工科專業(yè)中被廣泛采用。經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，該實(shí)驗(yàn)存在以下問題，需要逐一解決。其一，原實(shí)驗(yàn)曾采用KIO3與Na HSO3實(shí)驗(yàn)體系，因KIO3試劑的成本日益高漲轉(zhuǎn)而以（NH4)2S2O8與KI替代。更換成（NH4)2S2O8體系后實(shí)驗(yàn)成本得到降低，但該試劑配成溶液后在常溫下分解比較嚴(yán)重，濃度在0.20mol·L-1時只能保存2～3天，為保障實(shí)驗(yàn)效果經(jīng)常需要現(xiàn)用現(xiàn)配。在實(shí)驗(yàn)室高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下，準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時極易出現(xiàn)不協(xié)調(diào)狀況并會造成試劑的浪費(fèi)。同時，在化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中試劑用量較大，產(chǎn)生含碘廢液多，不符合實(shí)驗(yàn)室綠色化要求，需要對實(shí)驗(yàn)體系作進(jìn)一步改進(jìn)并力求減少試劑用量。其二，溶液的量取通常采用量筒操作，某些學(xué)生為趕速度會忽略規(guī)范操作，導(dǎo)致溶液體積誤差較大，使得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測量不準(zhǔn)確。其三，實(shí)驗(yàn)過程中以玻璃棒攪拌溶液，玻璃棒與燒杯壁會發(fā)生持續(xù)碰撞，致使燒杯磨損嚴(yán)重。

針對以上問題，總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，教學(xué)團(tuán)隊(duì)選擇在常溫下以比較穩(wěn)定的K2S2O8和Fe Cl3溶液為氧化劑，分別與其他試劑組成兩種體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)效果對比，以期找出更合適的實(shí)驗(yàn)體系。

一、實(shí)驗(yàn)方案的選擇與原理

化學(xué)反應(yīng)速率反映的是單位時間內(nèi)反應(yīng)物的濃度變化值，它取決于反應(yīng)物的性質(zhì)、濃度，反應(yīng)溫度及催化劑等因素。在水溶液中，K2S2O8與KI發(fā)生的反應(yīng)和（NH4)2S2O8與KI發(fā)生的反應(yīng)相似，此處不再贅述。而對于Fe Cl3與KI的反應(yīng)方程式可表示為：

該反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的關(guān)系為：

式（2）中：Δc(Fe3+）為Fe3+在Δt時間內(nèi)的濃度改變值；c(Fe3+）、c(I-）為兩種離子的起始濃度；k為該反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)；v是反應(yīng)的平均速率。

式（2）表示的是該反應(yīng)在開始一段時間內(nèi)的平均反應(yīng)速率，可近似看作該反應(yīng)的起始速率。為測定在一段時間Δt內(nèi)的Δv(Fe3+），在將KI與Fe Cl3溶液相混合的同時，體系中加入了一定體積已知濃度的Na2S2O3和淀粉溶液，這樣在反應(yīng)（1）進(jìn)行的同時，體系中還進(jìn)行著如下反應(yīng)：

該反應(yīng)的反應(yīng)速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于反應(yīng)（1），當(dāng)反應(yīng)（1）中生成I3-時會立即被S2O32-消耗掉，轉(zhuǎn)而生成無色的S4O62-與I-。當(dāng)Na2S2O3反應(yīng)完全，反應(yīng)（1）生成的微量I3-立即與淀粉發(fā)生作用，使溶液呈現(xiàn)藍(lán)色，并隨I3-離子的增多溶液藍(lán)色逐漸加深。由兩個反應(yīng)式的計(jì)量關(guān)系可以看出，F(xiàn)e Cl3與Na2S2O3為1∶1的計(jì)量關(guān)系，即：

當(dāng)溶液呈現(xiàn)藍(lán)色時S2O32-已全部耗盡，所以Δc(S2O32-）即S2O32-的起始濃度。每次只改變混合溶液中的反應(yīng)物之一Fe Cl3或KI的濃度，保持Na2S2O3的起始濃度相同，即每組溶液到藍(lán)色出現(xiàn)時的Δc(S2O32-）相同，準(zhǔn)確記錄溶液從反應(yīng)開始到溶液出現(xiàn)藍(lán)色所用的時間Δt，則Fe Cl3與KI的反應(yīng)速率可表示為：

進(jìn)而可計(jì)算出該反應(yīng)的反應(yīng)級數(shù)、反應(yīng)速率常數(shù)和活化能。當(dāng)保持c(I-）不變時，F(xiàn)e Cl3的反應(yīng)級數(shù)為：

當(dāng)保持c(Fe3+）不變時，KI的反應(yīng)級數(shù)為：

從而反應(yīng)速率常數(shù)為：

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