淺談化學反應速率實驗的優化

雷艷虹　張藝

摘要：文章針對化學反應速率實驗過程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規范及溫度過高等進行了研究分析，提出了相應解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實驗溫度、培養學生C3H3素養等。

關鍵詞：反應速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

化學反應速率在中學是作為重點知識進行學習，目前普遍采用“過二硫酸銨與碘化鉀反應”來測定反應速率、反應級數以及反應的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應（1）快得多。當S2O32-耗盡時，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍色。由于Δt內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

由不同濃度測得反應的時間Δt，即能計算出該反應的級數m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應的活化能。

這個實驗的原理比較清晰，可是學生在實驗過程中很容易失敗，如反應瞬間結束或反應時間過長，反應時間與濃度不成正比。筆者從以下幾個方面討論實驗失敗的原因及改進措施：

一、反應物純度的影響

在實驗過程中，常會瞬間反應導致實驗失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲存時間過長，或生產廠家在生產過程中未徹底干燥，就會發生反應[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應會生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過一硫酸內的過氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應為快反應。反應混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測得的反應時間近似為零。因此，注意不能使用過期藥品配制溶液，配制時應采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來水配制，因為自來水中的金屬離子會催化該反應，使反應速率加快，并且水中的氯會直接把碘離子氧化成碘單質。

二、濃度的影響因素

學生在進行濃度的影響因素的分析中，常會出現反應速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數目過多及學生操作不當引起的。該反應所需要的儀器多，每組實驗需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實驗臺面上，學生在使用時很容易出錯，儀器損壞率高，再者學生在進行實驗時，操作不夠規范，沒有準確移取溶液。針對儀器過多易損壞這一現象，筆者減少儀器的使用數量即量筒2個即一個專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個取用還原劑及相關溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個，并進行3次平行實驗（見表1），結果表明，減少儀器的使用量后進行實驗，重現性好，并且對反應的速率影響不大。針對學生操作不當引起的錯誤，應注重強調化學家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨立思考，有創新精神；靈巧的雙手：動手能力強；整潔的習慣：做事有計劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應速率實驗安排在第一學期十月份左右，室溫約為二十度，測定反應活化能時，若按照教材規定選擇三個溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會在高溫條件下瞬間反應。按表1中5號取用量進行溫度影響因素的測定（見表2），結果表明，該實驗溫度對反應時間影響大。因為該反應的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對該反應的反應速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開設該實驗時，首先，應注重學生C3H3精神的培養，即在進行實驗的過程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習慣，其次，試劑的選用應注意不能使用開封過久的試劑，以免試劑變質，不能使用自來水，以免金屬離子催化反應，氯直接與碘離子反應，造成實驗失敗；最后，在進行溫度的影響反應時，應注意控制溫度的范圍，以免反應速率過快，造成實驗失敗。

參考文獻

[1] 華東理工大學無機化學教研組編. 無機化學實驗（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹新. 化學反應速率測定中（NH4）2S2O8試劑的改進[J]. 北京石油化工學院學報，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學反應速率和活化能測定實驗的綠色化探索[J]. 聊城大學學報（自然科學版），2005，18（4）：102-104endprint

摘要：文章針對化學反應速率實驗過程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規范及溫度過高等進行了研究分析，提出了相應解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實驗溫度、培養學生C3H3素養等。

關鍵詞：反應速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

化學反應速率在中學是作為重點知識進行學習，目前普遍采用“過二硫酸銨與碘化鉀反應”來測定反應速率、反應級數以及反應的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應（1）快得多。當S2O32-耗盡時，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍色。由于Δt內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

由不同濃度測得反應的時間Δt，即能計算出該反應的級數m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應的活化能。

這個實驗的原理比較清晰，可是學生在實驗過程中很容易失敗，如反應瞬間結束或反應時間過長，反應時間與濃度不成正比。筆者從以下幾個方面討論實驗失敗的原因及改進措施：

一、反應物純度的影響

在實驗過程中，常會瞬間反應導致實驗失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲存時間過長，或生產廠家在生產過程中未徹底干燥，就會發生反應[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應會生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過一硫酸內的過氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應為快反應。反應混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測得的反應時間近似為零。因此，注意不能使用過期藥品配制溶液，配制時應采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來水配制，因為自來水中的金屬離子會催化該反應，使反應速率加快，并且水中的氯會直接把碘離子氧化成碘單質。

二、濃度的影響因素

學生在進行濃度的影響因素的分析中，常會出現反應速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數目過多及學生操作不當引起的。該反應所需要的儀器多，每組實驗需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實驗臺面上，學生在使用時很容易出錯，儀器損壞率高，再者學生在進行實驗時，操作不夠規范，沒有準確移取溶液。針對儀器過多易損壞這一現象，筆者減少儀器的使用數量即量筒2個即一個專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個取用還原劑及相關溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個，并進行3次平行實驗（見表1），結果表明，減少儀器的使用量后進行實驗，重現性好，并且對反應的速率影響不大。針對學生操作不當引起的錯誤，應注重強調化學家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨立思考，有創新精神；靈巧的雙手：動手能力強；整潔的習慣：做事有計劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應速率實驗安排在第一學期十月份左右，室溫約為二十度，測定反應活化能時，若按照教材規定選擇三個溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會在高溫條件下瞬間反應。按表1中5號取用量進行溫度影響因素的測定（見表2），結果表明，該實驗溫度對反應時間影響大。因為該反應的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對該反應的反應速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開設該實驗時，首先，應注重學生C3H3精神的培養，即在進行實驗的過程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習慣，其次，試劑的選用應注意不能使用開封過久的試劑，以免試劑變質，不能使用自來水，以免金屬離子催化反應，氯直接與碘離子反應，造成實驗失敗；最后，在進行溫度的影響反應時，應注意控制溫度的范圍，以免反應速率過快，造成實驗失敗。

參考文獻

[1] 華東理工大學無機化學教研組編. 無機化學實驗（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹新. 化學反應速率測定中（NH4）2S2O8試劑的改進[J]. 北京石油化工學院學報，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學反應速率和活化能測定實驗的綠色化探索[J]. 聊城大學學報（自然科學版），2005，18（4）：102-104endprint

摘要：文章針對化學反應速率實驗過程中易失敗的原因如試劑純度低、操作不規范及溫度過高等進行了研究分析，提出了相應解決方案，包括選擇高純度的（NH4）2S2O8、控制實驗溫度、培養學生C3H3素養等。

關鍵詞：反應速率；濃度；溫度；C3H3

文章編號：1008-0546（2014）04-0089-02 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

化學反應速率在中學是作為重點知識進行學習，目前普遍采用“過二硫酸銨與碘化鉀反應”來測定反應速率、反應級數以及反應的活化能。（NH4）2S2O8與KI反應的離子方程式[1]：

S2O82- + 3I-[=] 2SO42- + I3- （1）

2S2O32- + I3-[=]S4O62- + 3I- （2）

（2）的速率比反應（1）快得多。當S2O32-耗盡時，由（1）生成的I2立即與淀粉作用，使溶液呈藍色。由于Δt內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

由不同濃度測得反應的時間Δt，即能計算出該反應的級數m和n。由同一濃度不同溫度下的K，作lgK 和1/T的關系圖，求出斜率，然后按阿侖尼烏斯公式求出反應的活化能。

這個實驗的原理比較清晰，可是學生在實驗過程中很容易失敗，如反應瞬間結束或反應時間過長，反應時間與濃度不成正比。筆者從以下幾個方面討論實驗失敗的原因及改進措施：

一、反應物純度的影響

在實驗過程中，常會瞬間反應導致實驗失敗。主要是由于（NH4）2S2O8藥品儲存時間過長，或生產廠家在生產過程中未徹底干燥，就會發生反應[2]：

（NH4）2S2O8 + H2O [=]（NH4）2SO4 + H2SO5

該反應會生成少量H2SO5。H2SO5和（NH4）2S2O8雖然都是強氧化劑，但它們的氧化基理不同，在過一硫酸內的過氧化氫分子的一端是空著的，可以迅速地氧化碘離子成碘，反應為快反應。反應混合液中的Na2S2O3溶液在瞬間被消耗完，測得的反應時間近似為零。因此，注意不能使用過期藥品配制溶液，配制時應采用蒸餾水或去離子水，不能使用自來水配制，因為自來水中的金屬離子會催化該反應，使反應速率加快，并且水中的氯會直接把碘離子氧化成碘單質。

二、濃度的影響因素

學生在進行濃度的影響因素的分析中，常會出現反應速率與濃度不成正比，主要是由于儀器數目過多及學生操作不當引起的。該反應所需要的儀器多，每組實驗需要量筒、燒杯等共20余件[3]，均擺放在實驗臺面上，學生在使用時很容易出錯，儀器損壞率高，再者學生在進行實驗時，操作不夠規范，沒有準確移取溶液。針對儀器過多易損壞這一現象，筆者減少儀器的使用數量即量筒2個即一個專取用氧化劑（NH4）2S2O8，另一個取用還原劑及相關溶液如：KI、Na2S2O3、（NH4）2SO4、KNO3；燒杯1個，并進行3次平行實驗（見表1），結果表明，減少儀器的使用量后進行實驗，重現性好，并且對反應的速率影響不大。針對學生操作不當引起的錯誤，應注重強調化學家盧嘉錫提出的C3H3（Clear Head 、Clever Hands 、Clean Habit）素養，即清醒的頭腦：能明辨是非，獨立思考，有創新精神；靈巧的雙手：動手能力強；整潔的習慣：做事有計劃，有條有理。

三、溫度的影響

反應速率實驗安排在第一學期十月份左右，室溫約為二十度，測定反應活化能時，若按照教材規定選擇三個溫度分別為室溫，室溫加10℃，室溫加20℃，則會在高溫條件下瞬間反應。按表1中5號取用量進行溫度影響因素的測定（見表2），結果表明，該實驗溫度對反應時間影響大。因為該反應的理論活化能為51.4kJ/mol，溫度對該反應的反應速率的變化量影響較大，選擇合適的溫度范圍如4℃-37℃。

在開設該實驗時，首先，應注重學生C3H3精神的培養，即在進行實驗的過程中保持清醒的頭腦、靈巧的雙手、潔凈的習慣，其次，試劑的選用應注意不能使用開封過久的試劑，以免試劑變質，不能使用自來水，以免金屬離子催化反應，氯直接與碘離子反應，造成實驗失敗；最后，在進行溫度的影響反應時，應注意控制溫度的范圍，以免反應速率過快，造成實驗失敗。

參考文獻

[1] 華東理工大學無機化學教研組編. 無機化學實驗（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2007.12：60-63

[2] 李樹新. 化學反應速率測定中（NH4）2S2O8試劑的改進[J]. 北京石油化工學院學報，1997，5（2）：47-50

[3] 李景紅，孔茜，趙福岐. 化學反應速率和活化能測定實驗的綠色化探索[J]. 聊城大學學報（自然科學版），2005，18（4）：102-104endprint