Excel软件应用于化学反应速率与活化能的测定

舒 婷

（湖北科技学院 药学院，湖北 咸宁 437100）

化学反应速率属于化学动力学范畴，在化工、医药、生命科学、环境工程等多种学科都有重要应用。在大学实验教学中，化学反应速率与活化能的测定是化学专业、药学专业和医学专业学生都要求掌握的实验内容，该实验结果涉及到大量的数据，图形和计算处理。Excel软件是最为常用的数据处理软件，在各种领域都有其应用的报道[1-6]。本文用Excel软件处理（NH4）2S2O8氧化KI反应的反应速率与活化能测定的实验数据，不仅使数据处理更加快速和准确，更重要的是引导学生入门，掌握计算机处理数据的方法。

1 考察浓度对化学反应速率的影响，求出反应的速率方程

1.1 键入数据

打开Excel软件进入数据工作表状态，A列表示反应时间（s），在A1键入△t，B列表示（NH4）2S2O8的初始浓度（mol·L-1），在B1键入（NH4）2S2O8，C列表示KI的初始浓度（mol·L-1），在C1键入KI，D列表示Na2S2O3的初始浓度（mol·L-1），在D1键入Na2S2O3。

（1）在A2-A6键入243.3，124.8，60.2，122.5，240.7。

（2）在B2-B6键入0.02，0.04，0.08，0.08，0.08。

（3）在C2-C6键入0.08，0.08，0.08，0.04，0.02。

（4）在D2键入0.0016，按住右下角的十字架拖动到D6，则D2到D6均显示0.0016。

1.2 处理数据，绘制曲线，求出反应级数m，n 和反应速率常数k

（1）在E1键入v，在E2键入“=D:D/A:A”，则E列表示反应速率，按住右下角的十字架拖动到E6，自动算出各反应速率。

（3）在G1键入lg[I-]，按照上述方法在G2插入“LOG10”函数，在“number”中输入“C:C”，按Enter键，则G列表示碘化钾浓度的对数，按住右下角的十字架拖动到G6，自动算出各碘化钾浓度的对数。

（4）在H1键入lgv，按照上述方法在H2插入“LOG10”函数，在number中输入“E:E”，按Enter键，则H列表示反应速率的对数。按住右下角的十字架拖动到H6，自动算出各反应速率的对数。

（5）选择F2-F4，按住Ctrl键，选择H2-H4，点击“插入”，“图表”，选择“散点图”，选择“平滑线散点图”，在图中的直线上点击右键，选择“添加趋势线”，选择“直线”，选择“公式”和“显示R的平方”，得到图1。图1显示直线方程y=1.0083x-3.4734，R=0.9996，该直线的斜率是1.0083，可求出m ≈1，与文献结果一致。

图1 反应级数m 的测定结果Fig.1 The measure result of reaction order m

（6）选择G4-G6，按住Ctrl键，选择H4-H6，点击“插入”，“图表”，选择“散点图”，选择“平滑线散点图”，在图中的直线上点击右键，选择“添加趋势线”，选择“直线”，选择“公式”和“显示R 的平方”，得到图2。图2显示直线方程y=0.9999x-3.4807，R=0.9999，该直线的斜率是0.9999，可求出n ≈1，与文献结果一致。

图2 反应级数n 的测定结果Fig.2 The measure result of reaction order n

（7）在I1键入k，在I2键入“=E:E/（B:B*C:C）”，按住右下角的十字架拖动到I6，自动算出反应的速率常数。

2 考察温度对化学反应速率的影响，求出反应的活化能

固定反应物的浓度和组成，通过在室温（285K），室温+10℃（295K），室温+20℃（300K）3个不同温度下测出反应时间，求出不同温度下反应的速率常数k，根据Arrhenius公式，反应速率常数k与反应温度T 的关系为lg k=A-Ea/2.303RT，以lg k～1/T 作图，即可求出反应的活化能。利用Excel软件可以快速准确地求出活化能。具体操作：

2.1 键入数据

（1）在J1键入T，在J7-J9键入285，295，305，J列表示反应温度（K），

（2）在A7-A9键入124.8，63.4，30.6，表示反应时间。

（3）在B7-B9键入0.04，表示过硫酸铵的初始浓度。

（4）在C7-C9键入0.08，表示碘化钾的初始浓度。

2.2 处理数据，求出反应的活化能

（1）将E列的右下角的十字架按住，拖出E7-E9，自动算出反应速率。

（2）将I列的右下角的十字架按住，拖出I7-I9，自动算出反应速率常数。

（3）在K1键入1/T，在K7键入“=1/J:J”，则K列表示反应温度的倒数，按住右下角的十字架，拖出K7-K9，自动算出反应温度的倒数。

（4）在L1键入lg k，在L6键入“=LOG10（I:I）”，M列表示反应速率常数的对数，按住右下角的十字架，拖出L7-L9，自动算出反应速率常数的对数。

（5）选择K7-K9以及L7-L9，点击“插入”，“图表”，选择“散点图”，选择“平滑线散点图”，在图中的直线上点击右键，选择“添加趋势线”，选择“直线”，选择“公式”和“显示显示R的平方”，得到图3。图3显示直线方程为y=-2679.1x+6.9977，R=0.9986，直线的斜率为-E a/2.303R，R 为气体常数8.314 J·（K·mol）-1，由此求出反应的活化能为51.3kJ·mol-1，活化能的文献值为51.9kJ·mol-1，实验误差为（文献值-实验值）/实验值×100%=1.2%，不超过±5%，符合实验要求。

图3 活化能的测定结果Fig.3 The measure result of activation energy

操作完毕后，Excel表格显示为表1。

表1 实验的原始数据及计算数据表Tab.1 The original experimental data and calculated data table

从表1看出，当KI浓度不变时，（NH4）2S2O8的浓度增加一倍或二倍，反应速率相应增加约1倍或2倍，即反应速率与反应物（NH4）2S2O8的浓度成正比，因此m=l；当（NH4）2S2O8的浓度不变，KI浓度的增加一倍或二倍,反应速率相应增加约一倍或二倍，,即反应速率与反应物KI的浓度成正比，因此，n=1；与作图得到的结果一致。还可看出，温度每升高10K，反应速率常数增加约两倍，符合范特霍夫经验规律。

3 结论

化学反应速率与活化能的实验数据处理非常麻烦，涉及大量计算和多个图形，利用Excel软件的函数和自动计算功能可以大大缩短计算时间，而利用其作图和曲线拟合功能可以提高计算的速度和准确性。将Excel软件应用于大学实验教学对提高学生的数据处理能力有着重要意义。

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