由表7數(shù)據(jù)計(jì)算可知，組別e在30.2℃時(shí)的反應(yīng)速率常數(shù)k的相對(duì)平均偏差為26.59%，實(shí)驗(yàn)誤差很大。分析原因可能是反應(yīng)溶液濃度過(guò)低，Na2S2O3很快消耗完全，計(jì)時(shí)過(guò)少導(dǎo)致誤差相對(duì)增大。由此可知K2S2O8-KI體系所用試劑需維持一定濃度，以降低計(jì)時(shí)誤差。該實(shí)驗(yàn)體系中可推薦組別d為教學(xué)實(shí)驗(yàn)，因?yàn)榇私M實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)短適宜，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差小，試劑消耗量低，產(chǎn)生含碘廢液少。
由表8數(shù)據(jù)計(jì)算可知，除了組別e之外，各組別計(jì)算反應(yīng)活化能與理論值的相對(duì)偏差不大于3.82%，證明K2S2O8-KI體系所得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，可重復(fù)性高，實(shí)驗(yàn)效果好。這是由于K2S2O8溶液常溫下不會(huì)發(fā)生分解，移液管量取體積準(zhǔn)確，從而減少了實(shí)驗(yàn)誤差。由表中數(shù)據(jù)還可以看出，實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)反應(yīng)速率影響很大，當(dāng)溫度較低時(shí)，溶液變藍(lán)用時(shí)很長(zhǎng)，這時(shí)平均反應(yīng)速率近似為瞬時(shí)反應(yīng)速率時(shí)誤差相應(yīng)增大。而且，K2S2O8的溶解度隨溫度變化明顯，在較高濃度下隨溫度降低極易析出晶體，影響反應(yīng)速率測(cè)定，因此建議K2S2O8的濃度不宜超過(guò)0.10 mol·L-1，計(jì)算活化能時(shí)選擇的實(shí)驗(yàn)溫差控制在低于或高于室溫10℃即可，但同時(shí)需要保證反應(yīng)體系恒溫。
由表9數(shù)據(jù)可知，催化劑對(duì)反應(yīng)速率有重大影響。在相同反應(yīng)物濃度下，例如組別a與組別b，加入Cu(NO3)2的量相同，都是3滴，但組別a的反應(yīng)物體積是組別b的2倍，則K2S2O8-KI體系的反應(yīng)速率有明顯區(qū)別。組別a的反應(yīng)時(shí)間大約是組別b的2倍，與體積比一致。對(duì)于相同濃度相同體積的組別，例如組別d，加入2滴與加入3滴Cu(NO3)2反應(yīng)速率大大不同，因此該組實(shí)驗(yàn)對(duì)催化劑加入量需嚴(yán)格控制，一滴催化劑之差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果謬以千里。在反應(yīng)物濃度較低的情況下，例如組別e，催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響大大降低。這可能是因?yàn)?，與d組相比雖然催化劑濃度未變，但稀溶液中催化劑接觸反應(yīng)物的機(jī)會(huì)減少，因此對(duì)反應(yīng)速率的影響變小。

3. FeCl3-KI反應(yīng)體系實(shí)驗(yàn)效果分析

對(duì)于Fe Cl3-KI反應(yīng)體系，由于Fe Cl3自身有顏色，不宜采用高濃度溶液。對(duì)比不同濃度下Fe Cl3溶液的顏色深淺，認(rèn)為其選擇的反應(yīng)濃度最好不高于0.1 mol·L-1，本實(shí)驗(yàn)采用0.05 mol·L-1的Fe Cl3溶液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表10至表12。為與K2S2O8-KI體系相區(qū)別，不同組的Fe Cl3-KI反應(yīng)體系分別記為組別(1)、(2)。
由表10數(shù)據(jù)可以看出，雖然Na2S2O3溶液的體積加入量增加到了9.0 m L，但該反應(yīng)體系在Na2S2O3消耗完全時(shí)反應(yīng)時(shí)間仍然很短，導(dǎo)致計(jì)時(shí)誤差較大，進(jìn)而造成反應(yīng)速率常數(shù)k的相對(duì)平均偏差達(dá)6.82%，需對(duì)反應(yīng)物濃度做出調(diào)整。
當(dāng)保持反應(yīng)物Fe Cl3與KI原始濃度不變，恒定Na2S2O3溶液的體積加入量，降低Fe Cl3與KI的反應(yīng)體積時(shí)，得到表11中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表中數(shù)據(jù)可以看出，各組反應(yīng)時(shí)間得到相應(yīng)延長(zhǎng)，反應(yīng)速率常數(shù)k的相對(duì)平均偏差為10.35%，誤差仍然較大。
觀察表12中的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，Cu(NO3)2作為催化劑對(duì)Fe Cl3-KI體系仍起一定作用，加入后反應(yīng)時(shí)間縮短。同時(shí)可以看出，溫度變化對(duì)Fe Cl3-KI體系反應(yīng)速率影響巨大，組別(2)中降低的溫度與組別(1)基本相近，但反應(yīng)時(shí)間達(dá)到881.50 s，因本實(shí)驗(yàn)將反應(yīng)開(kāi)始一段時(shí)間內(nèi)的平均速率近似看作初始瞬時(shí)速率，太長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間勢(shì)必會(huì)造成實(shí)驗(yàn)誤差相應(yīng)增大，從這一層面上看，F(xiàn)e Cl3-KI體系缺陷較大。同時(shí)由于Fe Cl3與KI反應(yīng)速率常數(shù)k較大，且Fe Cl3自身具有顏色，或多或少會(huì)影響實(shí)驗(yàn)終點(diǎn)的判定，因此可以得出K2S2O8-KI體系比Fe Cl3-KI體系在該實(shí)驗(yàn)中更具優(yōu)勢(shì)的結(jié)論。建議化學(xué)反應(yīng)速率實(shí)驗(yàn)中優(yōu)先采用K2S2O8-KI體系組別d的數(shù)據(jù)。

四、結(jié)論及建議

(1）以移液管代替量筒量取溶液體積，減少了實(shí)驗(yàn)誤差，提高了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的精確度。

(2）實(shí)驗(yàn)溫度對(duì)反應(yīng)速率的影響較大，并且某些試劑在較高濃度下隨溫度降低易析出晶體影響反應(yīng)速率測(cè)定，建議將實(shí)驗(yàn)溫度固定在比室溫提高或降低10℃左右即可，不需要升溫或降溫太多。為保證反應(yīng)過(guò)程中溫度恒定，建議采用超級(jí)恒溫水浴來(lái)控制反應(yīng)溫度。

(3）對(duì)反應(yīng)速率的影響較大的另一個(gè)因素是催化劑加入量，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中需要嚴(yán)格控制催化劑加入滴數(shù)。

(4）推薦K2S2O8-KI實(shí)驗(yàn)體系中組別d的數(shù)據(jù)作為教學(xué)實(shí)驗(yàn)參考。該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行體系更換及半微量化改進(jìn)后，試劑消耗量得到大幅降低，產(chǎn)生的污染性含碘廢液大大減少，降低了實(shí)驗(yàn)成本，符合實(shí)驗(yàn)室綠色化要求。

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