化学以降低计时误差

发布时间：2025-08-10 07:43:57 来源：浩宇網 作者：艺术殿堂

由表7数据计算可知，化学组别e在30.2℃时的速率实验索尝试反应速率常数k的相对平均偏差为26.59%，实验误差很大。体系分析原因可能是化学反应溶液浓度过低，Na2S2O3很快消耗完全，速率实验索尝试计时过少导致误差相对增大。体系由此可知K2S2O8-KI体系所用试剂需维持一定浓度，化学以降低计时误差。速率实验索尝试该实验体系中可推荐组别d为教学实验，体系因为此组实验的化学反应时间长短适宜，实验数据误差小，速率实验索尝试试剂消耗量低，体系产生含碘废液少。化学
由表8数据计算可知，速率实验索尝试除了组别e之外，体系各组别计算反应活化能与理论值的相对偏差不大于3.82%，证明K2S2O8-KI体系所得实验数据准确可靠，可重复性高，实验效果好。这是由于K2S2O8溶液常温下不会发生分解，移液管量取体积准确，从而减少了实验误差。由表中数据还可以看出，实验温度对反应速率影响很大，当温度较低时，溶液变蓝用时很长，这时平均反应速率近似为瞬时反应速率时误差相应增大。而且，K2S2O8的溶解度随温度变化明显，在较高浓度下随温度降低极易析出晶体，影响反应速率测定，因此建议K2S2O8的浓度不宜超过0.10 mol·L-1，计算活化能时选择的实验温差控制在低于或高于室温10℃即可，但同时需要保证反应体系恒温。
由表9数据可知，催化剂对反应速率有重大影响。在相同反应物浓度下，例如组别a与组别b，加入Cu(NO3)2的量相同，都是3滴，但组别a的反应物体积是组别b的2倍，则K2S2O8-KI体系的反应速率有明显区别。组别a的反应时间大约是组别b的2倍，与体积比一致。对于相同浓度相同体积的组别，例如组别d，加入2滴与加入3滴Cu(NO3)2反应速率大大不同，因此该组实验对催化剂加入量需严格控制，一滴催化剂之差，实验结果谬以千里。在反应物浓度较低的情况下，例如组别e，催化剂对反应速率的影响大大降低。这可能是因为，与d组相比虽然催化剂浓度未变，但稀溶液中催化剂接触反应物的机会减少，因此对反应速率的影响变小。

3. FeCl3-KI反应体系实验效果分析

对于Fe Cl3-KI反应体系，由于Fe Cl3自身有颜色，不宜采用高浓度溶液。对比不同浓度下Fe Cl3溶液的颜色深浅，认为其选择的反应浓度最好不高于0.1 mol·L-1，本实验采用0.05 mol·L-1的Fe Cl3溶液进行实验测定。实验数据见表10至表12。为与K2S2O8-KI体系相区别，不同组的Fe Cl3-KI反应体系分别记为组别(1)、(2)。
由表10数据可以看出，虽然Na2S2O3溶液的体积加入量增加到了9.0 m L，但该反应体系在Na2S2O3消耗完全时反应时间仍然很短，导致计时误差较大，进而造成反应速率常数k的相对平均偏差达6.82%，需对反应物浓度做出调整。
当保持反应物Fe Cl3与KI原始浓度不变，恒定Na2S2O3溶液的体积加入量，降低Fe Cl3与KI的反应体积时，得到表11中的实验数据。由表中数据可以看出，各组反应时间得到相应延长，反应速率常数k的相对平均偏差为10.35%，误差仍然较大。
观察表12中的数据发现，Cu(NO3)2作为催化剂对Fe Cl3-KI体系仍起一定作用，加入后反应时间缩短。同时可以看出，温度变化对Fe Cl3-KI体系反应速率影响巨大，组别(2)中降低的温度与组别(1)基本相近，但反应时间达到881.50 s，因本实验将反应开始一段时间内的平均速率近似看作初始瞬时速率，太长的反应时间势必会造成实验误差相应增大，从这一层面上看，Fe Cl3-KI体系缺陷较大。同时由于Fe Cl3与KI反应速率常数k较大，且Fe Cl3自身具有颜色，或多或少会影响实验终点的判定，因此可以得出K2S2O8-KI体系比Fe Cl3-KI体系在该实验中更具优势的结论。建议化学反应速率实验中优先采用K2S2O8-KI体系组别d的数据。

四、结论及建议

(1）以移液管代替量筒量取溶液体积，减少了实验误差，提高了实验数据的精确度。

(2）实验温度对反应速率的影响较大，并且某些试剂在较高浓度下随温度降低易析出晶体影响反应速率测定，建议将实验温度固定在比室温提高或降低10℃左右即可，不需要升温或降温太多。为保证反应过程中温度恒定，建议采用超级恒温水浴来控制反应温度。

(3）对反应速率的影响较大的另一个因素是催化剂加入量，实验过程中需要严格控制催化剂加入滴数。

(4）推荐K2S2O8-KI实验体系中组别d的数据作为教学实验参考。该实验进行体系更换及半微量化改进后，试剂消耗量得到大幅降低，产生的污染性含碘废液大大减少，降低了实验成本，符合实验室绿色化要求。

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