淺談化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)的優(yōu)化

雷艷虹　張藝

摘要：文章針對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規(guī)范及溫度過(guò)高等進(jìn)行了研究分析，提出了相應(yīng)解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實(shí)驗(yàn)溫度、培養(yǎng)學(xué)生C3H3素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號(hào)：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)反應(yīng)速率在中學(xué)是作為重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，目前普遍采用“過(guò)二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)”來(lái)測(cè)定反應(yīng)速率、反應(yīng)級(jí)數(shù)以及反應(yīng)的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應(yīng)的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應(yīng)（1）快得多。當(dāng)S2O32-耗盡時(shí)，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍(lán)色。由于Δt內(nèi)Na2S2O3完全耗盡，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始濃度。由式（1）、（2）可得出：

V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n

V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt

由不同濃度測(cè)得反應(yīng)的時(shí)間Δt，即能計(jì)算出該反應(yīng)的級(jí)數(shù)m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關(guān)系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應(yīng)的活化能。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理比較清晰，可是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很容易失敗，如反應(yīng)瞬間結(jié)束或反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間與濃度不成正比。筆者從以下幾個(gè)方面討論實(shí)驗(yàn)失敗的原因及改進(jìn)措施：

一、反應(yīng)物純度的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常會(huì)瞬間反應(yīng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中未徹底干燥，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應(yīng)會(huì)生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強(qiáng)氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過(guò)一硫酸內(nèi)的過(guò)氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應(yīng)為快反應(yīng)。反應(yīng)混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間近似為零。因此，注意不能使用過(guò)期藥品配制溶液，配制時(shí)應(yīng)采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來(lái)水配制，因?yàn)樽詠?lái)水中的金屬離子會(huì)催化該反應(yīng)，使反應(yīng)速率加快，并且水中的氯會(huì)直接把碘離子氧化成碘單質(zhì)。

二、濃度的影響因素

學(xué)生在進(jìn)行濃度的影響因素的分析中，常會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數(shù)目過(guò)多及學(xué)生操作不當(dāng)引起的。該反應(yīng)所需要的儀器多，每組實(shí)驗(yàn)需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上，學(xué)生在使用時(shí)很容易出錯(cuò)，儀器損壞率高，再者學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作不夠規(guī)范，沒(méi)有準(zhǔn)確移取溶液。針對(duì)儀器過(guò)多易損壞這一現(xiàn)象，筆者減少儀器的使用數(shù)量即量筒2個(gè)即一個(gè)專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個(gè)取用還原劑及相關(guān)溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個(gè)，并進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1），結(jié)果表明，減少儀器的使用量后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)性好，并且對(duì)反應(yīng)的速率影響不大。針對(duì)學(xué)生操作不當(dāng)引起的錯(cuò)誤，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)化學(xué)家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養(yǎng)，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨(dú)立思考，有創(chuàng)新精神；靈巧的雙手：動(dòng)手能力強(qiáng)；整潔的習(xí)慣：做事有計(jì)劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)安排在第一學(xué)期十月份左右，室溫約為二十度，測(cè)定反應(yīng)活化能時(shí)，若按照教材規(guī)定選擇三個(gè)溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會(huì)在高溫條件下瞬間反應(yīng)。按表1中5號(hào)取用量進(jìn)行溫度影響因素的測(cè)定（見(jiàn)表2），結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響大。因?yàn)樵摲磻?yīng)的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，應(yīng)注重學(xué)生C3H3精神的培養(yǎng)，即在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習(xí)慣，其次，試劑的選用應(yīng)注意不能使用開(kāi)封過(guò)久的試劑，以免試劑變質(zhì)，不能使用自來(lái)水，以免金屬離子催化反應(yīng)，氯直接與碘離子反應(yīng)，造成實(shí)驗(yàn)失??；最后，在進(jìn)行溫度的影響反應(yīng)時(shí)，應(yīng)注意控制溫度的范圍，以免反應(yīng)速率過(guò)快，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

參考文獻(xiàn)

[1] 華東理工大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研組編. 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹(shù)新. 化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定中（NH4）2S2O8試劑的改進(jìn)[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學(xué)反應(yīng)速率和活化能測(cè)定實(shí)驗(yàn)的綠色化探索[J]. 聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，18（4）：102-104endprint

摘要：文章針對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規(guī)范及溫度過(guò)高等進(jìn)行了研究分析，提出了相應(yīng)解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實(shí)驗(yàn)溫度、培養(yǎng)學(xué)生C3H3素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號(hào)：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)反應(yīng)速率在中學(xué)是作為重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，目前普遍采用“過(guò)二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)”來(lái)測(cè)定反應(yīng)速率、反應(yīng)級(jí)數(shù)以及反應(yīng)的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應(yīng)的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應(yīng)（1）快得多。當(dāng)S2O32-耗盡時(shí)，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍(lán)色。由于Δt內(nèi)Na2S2O3完全耗盡，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始濃度。由式（1）、（2）可得出：

V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n

V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt

由不同濃度測(cè)得反應(yīng)的時(shí)間Δt，即能計(jì)算出該反應(yīng)的級(jí)數(shù)m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關(guān)系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應(yīng)的活化能。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理比較清晰，可是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很容易失敗，如反應(yīng)瞬間結(jié)束或反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間與濃度不成正比。筆者從以下幾個(gè)方面討論實(shí)驗(yàn)失敗的原因及改進(jìn)措施：

一、反應(yīng)物純度的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常會(huì)瞬間反應(yīng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中未徹底干燥，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應(yīng)會(huì)生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強(qiáng)氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過(guò)一硫酸內(nèi)的過(guò)氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應(yīng)為快反應(yīng)。反應(yīng)混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間近似為零。因此，注意不能使用過(guò)期藥品配制溶液，配制時(shí)應(yīng)采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來(lái)水配制，因?yàn)樽詠?lái)水中的金屬離子會(huì)催化該反應(yīng)，使反應(yīng)速率加快，并且水中的氯會(huì)直接把碘離子氧化成碘單質(zhì)。

二、濃度的影響因素

學(xué)生在進(jìn)行濃度的影響因素的分析中，常會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數(shù)目過(guò)多及學(xué)生操作不當(dāng)引起的。該反應(yīng)所需要的儀器多，每組實(shí)驗(yàn)需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上，學(xué)生在使用時(shí)很容易出錯(cuò)，儀器損壞率高，再者學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作不夠規(guī)范，沒(méi)有準(zhǔn)確移取溶液。針對(duì)儀器過(guò)多易損壞這一現(xiàn)象，筆者減少儀器的使用數(shù)量即量筒2個(gè)即一個(gè)專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個(gè)取用還原劑及相關(guān)溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個(gè)，并進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1），結(jié)果表明，減少儀器的使用量后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)性好，并且對(duì)反應(yīng)的速率影響不大。針對(duì)學(xué)生操作不當(dāng)引起的錯(cuò)誤，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)化學(xué)家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養(yǎng)，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨(dú)立思考，有創(chuàng)新精神；靈巧的雙手：動(dòng)手能力強(qiáng)；整潔的習(xí)慣：做事有計(jì)劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)安排在第一學(xué)期十月份左右，室溫約為二十度，測(cè)定反應(yīng)活化能時(shí)，若按照教材規(guī)定選擇三個(gè)溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會(huì)在高溫條件下瞬間反應(yīng)。按表1中5號(hào)取用量進(jìn)行溫度影響因素的測(cè)定（見(jiàn)表2），結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響大。因?yàn)樵摲磻?yīng)的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，應(yīng)注重學(xué)生C3H3精神的培養(yǎng)，即在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習(xí)慣，其次，試劑的選用應(yīng)注意不能使用開(kāi)封過(guò)久的試劑，以免試劑變質(zhì)，不能使用自來(lái)水，以免金屬離子催化反應(yīng)，氯直接與碘離子反應(yīng)，造成實(shí)驗(yàn)失敗；最后，在進(jìn)行溫度的影響反應(yīng)時(shí)，應(yīng)注意控制溫度的范圍，以免反應(yīng)速率過(guò)快，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

參考文獻(xiàn)

[1] 華東理工大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研組編. 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹(shù)新. 化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定中（NH4）2S2O8試劑的改進(jìn)[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學(xué)反應(yīng)速率和活化能測(cè)定實(shí)驗(yàn)的綠色化探索[J]. 聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，18（4）：102-104endprint

摘要：文章針對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)過(guò)程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規(guī)范及溫度過(guò)高等進(jìn)行了研究分析，提出了相應(yīng)解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實(shí)驗(yàn)溫度、培養(yǎng)學(xué)生C3H3素養(yǎng)等。

關(guān)鍵詞：反應(yīng)速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號(hào)：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)反應(yīng)速率在中學(xué)是作為重點(diǎn)知識(shí)進(jìn)行學(xué)習(xí)，目前普遍采用“過(guò)二硫酸銨與碘化鉀反應(yīng)”來(lái)測(cè)定反應(yīng)速率、反應(yīng)級(jí)數(shù)以及反應(yīng)的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應(yīng)的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應(yīng)（1）快得多。當(dāng)S2O32-耗盡時(shí)，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍(lán)色。由于Δt內(nèi)Na2S2O3完全耗盡，所以Δ[S2O32-]就是Na2S2O3的起始濃度。由式（1）、（2）可得出：

V1=Δ[S2O82-]/Δt =K[S2O82-]m[I-]n

V2=Δ[S2O82-]/Δt=Δ[S2O32-]/2Δt

由不同濃度測(cè)得反應(yīng)的時(shí)間Δt，即能計(jì)算出該反應(yīng)的級(jí)數(shù)m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關(guān)系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應(yīng)的活化能。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的原理比較清晰，可是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中很容易失敗，如反應(yīng)瞬間結(jié)束或反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，反應(yīng)時(shí)間與濃度不成正比。筆者從以下幾個(gè)方面討論實(shí)驗(yàn)失敗的原因及改進(jìn)措施：

一、反應(yīng)物純度的影響

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，常會(huì)瞬間反應(yīng)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲(chǔ)存時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，或生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)過(guò)程中未徹底干燥，就會(huì)發(fā)生反應(yīng)[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應(yīng)會(huì)生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強(qiáng)氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過(guò)一硫酸內(nèi)的過(guò)氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應(yīng)為快反應(yīng)。反應(yīng)混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測(cè)得的反應(yīng)時(shí)間近似為零。因此，注意不能使用過(guò)期藥品配制溶液，配制時(shí)應(yīng)采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來(lái)水配制，因?yàn)樽詠?lái)水中的金屬離子會(huì)催化該反應(yīng)，使反應(yīng)速率加快，并且水中的氯會(huì)直接把碘離子氧化成碘單質(zhì)。

二、濃度的影響因素

學(xué)生在進(jìn)行濃度的影響因素的分析中，常會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數(shù)目過(guò)多及學(xué)生操作不當(dāng)引起的。該反應(yīng)所需要的儀器多，每組實(shí)驗(yàn)需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面上，學(xué)生在使用時(shí)很容易出錯(cuò)，儀器損壞率高，再者學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，操作不夠規(guī)范，沒(méi)有準(zhǔn)確移取溶液。針對(duì)儀器過(guò)多易損壞這一現(xiàn)象，筆者減少儀器的使用數(shù)量即量筒2個(gè)即一個(gè)專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個(gè)取用還原劑及相關(guān)溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個(gè)，并進(jìn)行3次平行實(shí)驗(yàn)（見(jiàn)表1），結(jié)果表明，減少儀器的使用量后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，重現(xiàn)性好，并且對(duì)反應(yīng)的速率影響不大。針對(duì)學(xué)生操作不當(dāng)引起的錯(cuò)誤，應(yīng)注重強(qiáng)調(diào)化學(xué)家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養(yǎng)，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨(dú)立思考，有創(chuàng)新精神；靈巧的雙手：動(dòng)手能力強(qiáng)；整潔的習(xí)慣：做事有計(jì)劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)安排在第一學(xué)期十月份左右，室溫約為二十度，測(cè)定反應(yīng)活化能時(shí)，若按照教材規(guī)定選擇三個(gè)溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會(huì)在高溫條件下瞬間反應(yīng)。按表1中5號(hào)取用量進(jìn)行溫度影響因素的測(cè)定（見(jiàn)表2），結(jié)果表明，該實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)反應(yīng)時(shí)間影響大。因?yàn)樵摲磻?yīng)的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先，應(yīng)注重學(xué)生C3H3精神的培養(yǎng)，即在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習(xí)慣，其次，試劑的選用應(yīng)注意不能使用開(kāi)封過(guò)久的試劑，以免試劑變質(zhì)，不能使用自來(lái)水，以免金屬離子催化反應(yīng)，氯直接與碘離子反應(yīng)，造成實(shí)驗(yàn)失?。蛔詈?，在進(jìn)行溫度的影響反應(yīng)時(shí)，應(yīng)注意控制溫度的范圍，以免反應(yīng)速率過(guò)快，造成實(shí)驗(yàn)失敗。

參考文獻(xiàn)

[1] 華東理工大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)教研組編. 無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹(shù)新. 化學(xué)反應(yīng)速率測(cè)定中（NH4）2S2O8試劑的改進(jìn)[J]. 北京石油化工學(xué)院學(xué)報(bào)，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學(xué)反應(yīng)速率和活化能測(cè)定實(shí)驗(yàn)的綠色化探索[J]. 聊城大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2005，18（4）：102-104endprint