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实验五 · 必修

化学反应速率的影响因素

第3章 物质结构 化学反应规律

实验目的

实验器材

实验原理

化学反应速率的大小取决于有效碰撞的频率和活化分子的比例。根据有效碰撞理论：

Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓ + SO2↑ + H2O
（硫代硫酸钠与稀硫酸反应产生淡黄色硫沉淀，通过观察出现浑浊的时间判断反应快慢）

2H2O2 ——(MnO2)——→ 2H2O + O2↑
（过氧化氢在二氧化锰催化下快速分解，通过观察气泡产生速率判断反应快慢）

实验步骤

一、浓度对反应速率的影响
  1. 取 3 支洁净试管，编号为 1、2、3。
  2. 向试管 1 中加入 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液 2 mL，试管 2 中加入 4 mL，试管 3 中加入 6 mL。
  3. 向各试管中加水至总体积均为 8 mL，摇匀。
  4. 向各试管中同时加入 0.1 mol/L H2SO4 溶液 2 mL，立即开始计时。
  5. 记录各试管中出现浑浊（淡黄色沉淀）所需的时间。
二、温度对反应速率的影响
  1. 取 3 支洁净试管，编号为 4、5、6，各加入 0.1 mol/L Na2S2O3 溶液 4 mL。
  2. 将试管 4 置于室温（约 25℃）下，试管 5 放入 40℃ 恒温水浴中预热 2 分钟，试管 6 放入 60℃ 恒温水浴中预热 2 分钟。
  3. 向各试管中同时加入 0.1 mol/L H2SO4 溶液 2 mL，立即开始计时。
  4. 记录各试管中出现浑浊所需的时间。
三、催化剂对反应速率的影响
  1. 取 2 支洁净试管，编号为 7、8，各加入 5% H2O2 溶液 3 mL。
  2. 向试管 8 中加入少量 MnO2 粉末，摇匀。
  3. 观察并比较两支试管中气泡产生的速率，用带火星的木条检验生成的氧气。

数据记录

实验编号 温度 / ℃ Na2S2O3 浓度 / (mol·L-1) H2SO4 浓度 / (mol·L-1) 出现浑浊时间 / s 反应速率比较
1（浓度） 25 0.02 0.02
2（浓度） 25 0.04 0.02
3（浓度） 25 0.06 0.02
4（温度） 25 0.04 0.02
5（温度） 40 0.04 0.02
6（温度） 60 0.04 0.02

催化剂组观察：试管 7（无 MnO2）：气泡产生速率____；试管 8（加 MnO2）：气泡产生速率____。带火星木条遇试管 8 产生的气体后____。

交流与评价

  1. 根据实验数据，分析浓度与反应速率之间存在怎样的关系？
  2. 温度如何影响化学反应速率？尝试用活化分子的概念加以解释。
  3. 为什么 MnO2 能加快 H2O2 的分解速率？催化剂在反应前后有没有发生变化？
  4. 本实验采用了什么科学方法？控制变量法在本实验中是如何体现的？
  5. 日常生活中的哪些现象体现了温度或催化剂对化学反应速率的影响？请举例说明。

注意事项

  • 本实验采用控制变量法，探究某一因素对反应速率的影响时，其他条件必须保持相同。
  • 使用秒表计时时，从加入最后一滴试剂开始计时，到出现明显浑浊时停止，确保计时准确。
  • 恒温水浴需提前预热至指定温度，试管在水浴中预热时间要足够，保证反应体系达到设定温度。
  • 观察浑浊时以"刚好看不到试管背后的字"为标准，减小人为误差。
  • MnO2 粉末使用前可烘干处理，用量不宜过多，少量即可。

安全警示

  • H2SO4 溶液具有腐蚀性，注意避免接触皮肤和衣物。
  • 5% H2O2 对皮肤有一定刺激性，如不慎接触，立即用大量清水冲洗。
  • 反应产生的 SO2 具有刺激性气味，注意实验室通风。
  • 使用水浴时注意防烫伤，水浴锅温度不宜过高。
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