过氧化氢分解速率常数的测定.docx

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过氧化氢分解速率常数的测定

过氧化氢分解速率常数的测定之老阳三干创作

Determination of H2O2 Decomposition Rate Constant 

一．  实验目的及要求

1.   熟悉一级反应的特点

2.   测定过氧化氢分解反应的速率常数和级数

3.   了解各种因素对反应速率的影响

4.   用图解法求过氧化氢分解反应的速率常数 

二．  实验原理

如果该反应属于一级反应.则其反应速度方程应遵守下式：

式中：

k为反应速度常数；Ct为时间为t式的反应物浓度。

将式

（1）积分得：

式中：

为反应开始时H2O2的浓度。

   如将

（2）变换.可得：

该式子式是lnCt2O2的浓度Ct.取得若干组Ctt对时间t作图.可得一直线.标明该反应为一级反应.其斜率为反应速度常数得负值－k.截距为㏑

。

 三．  实验方法

1.   实验条件的设计：

﹑搅拌速度﹑反应压力﹑温度﹑催化剂等等。

某些催化剂可以明显地加快反应速度。

能加速H2O2分解的催化剂Pt﹑Ag﹑碘化物等等。

2O2分解反应的速度常数（实验装置见第三部分）。

H2O2

                 KI+H2O2====KIO+H2O    （慢）                   

（1）

KIO====KI+1/2O2       （快）                       

（2）

由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步为反应得控制步调。

因而可以假定其反应的速率方程式为

t为反应系统中反应到t时刻H2O2

当     t＝0时.          Ct＝C0

      t＝t时.          Ct＝Ct

定积分式为

积分结果

       lnCt＝－kt＋㏑C0（5）

式（5）是lnCt2O2的浓度Ct.取得若干组Ct.t的数据后.以㏑Ct对t作图.得一直线.标明该反应为一级反应（准一级反应）.直线斜率为－k  。

  2、V∞的求取：

  2O2分解的反应速度与氧气的析出速度成正比。

析出的氧气体积可由量气管丈量。

在H2O2催化分解过程中t时刻H2O2的浓度可以通过丈量相应时间内分解放出的氧气的体积得出。

放出的氧气的体积与分解了的H2O2的量成正比.其比例系数为定值。

若以Vt和Ct暗示时间t时量气管的读数和H2O22O2

Ct∝（V∞－ Vt）

ln（V∞－Vt）＝－kt＋lnV∞ （6）

如果以ln（V∞－Vt）对t作图得一直线.即验证是一级反应.由直线斜率m可求出速率常数k,m＝－k。

式（6）为ln（V∞∞为H2O2全部分解放出的氧气体积.反应温度及KI浓度一定时.它不随时间改变。

实验过程中只需要测定反应进行到分歧时刻t时的H2O2分解放出的氧气体积Vt（若干个数据）和反应终了时H2O2全部分解放出氧气体积V∞（一个数据）.以ln（V∞－Vt）对时间t作图得一直线.直线斜率为m＝－k.用作图法可求出反应速率常数k。

V∞可采取如下两种方法求取：

（1）外推法 以

∞

（2）加热法 2O2溶液加热至50－60℃2O2∞

V∞“数据处理”中介绍的方法求出反应速率常数k

四．仪器和药品 

1.   实验装置一套（见下图）

                1.电磁搅拌器          　2.锥形瓶                     

        5种实验装置优劣比较  

2.  仪器和药品

             量气管  50ml                                 一支

             锥形瓶 250ml                                 一个

             水准瓶                                       一个

             三通旋塞                                     一个

             电磁搅拌器                                   一台

             移液管 10ml                                  一支

             量筒   10ml                                  二个

             1％H2O2；    

五．实验步调

1.将20ml蒸馏水和10ml0.1mol/l KI溶液加入到锥形瓶中.塞紧橡胶塞。

2.试漏   如上图装置好仪器。

旋转三通活塞4于位置a.使系统与外界相通.举高水准瓶.使液体充满量气管。

然后旋转三通活塞到b.使系统与外界隔绝.并把水准瓶放到最低位置。

如量气管中液面在2分钟内坚持不变.即暗示系统不漏气；否则应找出系统漏气的原因.并设法排除之。

读取量气管内初始气体体积V0注意量气管读数时一定要使水准瓶和量气管内液面坚持同一水平面。

3.打开橡胶塞.举起水准瓶.使量气管内液面位于零刻度处.启动电磁搅拌。

把0.5ml1％H2O2与10ml蒸馏水混合.然后将其倒入锥形瓶中.迅速塞紧橡胶塞。

再塞紧胶塞的同时.记下反应时间。

4.反应开始后每隔2分钟读取量气管读数一次.20分钟后.每隔5分钟读取一次.直到量气管读数约为50ml时.实验结束。

5.将锥形瓶加热至50-60℃∞

6.实验完成后.将锥形瓶反应器、量筒、移液管用蒸馏水洗净.搞好实验台卫生。

六．数据处理

（1）列出t、1/t和Vt的数据表.并以Vt对1/t作图.将直线段外推至1/t＝0.取截距即为V∞

 2O2催化分解速率常数  

七、实验注意事项

  对过氧化氢分解反应.影响实验结果得主要因素有温度、压力、催化剂的种类和浓度（或质量）、搅拌情况及Vt和V∞的丈量准确度。

根据这些影响因素.实验中的注意事项有：

  ℃。

另外和其它反应一样.在低温时Vt丈量间隔可以稍长.而当反应温度较高时.则Vt的丈量间隔应适当缩短.以便得到一定数量的准确的Vt值。

  ∞来求k的数值.所以需要在恒压的条件下丈量.而且要包管体系不漏气。

为便于丈量和读数.可以考虑采取上文链接所示装置4的水平量气装置。

  3.催化剂的种类和浓度对过氧化氢在水溶液中的分解反应有较大的影响.而且对过氧化氢分解反应有催化作用的物质很多。

所以.过氧化氢溶液应新鲜配制．而且最好是采取二次蒸馏水来配制。

另外.所用催化刑的浓度（或质量）应准确.以便和文献值进行对比。

  ∞的丈量准确度有关。

为包管Vt和V∞∞大致在30一50ml左右。

  5.搅拌对实验也有影响。

为进行比较.搅拌要适当.每次实验的搅拌情况尽量一致。

 八、实验参考数据

     温度：

 20℃         压力：

 ×105Pa

     反应体系：

（1）1％H2O2

（2）1％H2O2

         下表1与表2分别暗示对应于

（1）和

（2）的Vt与时间的关系

                        表１　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　表２

   时间               氧气体积

  （t/min）          （Vt/ml）

    时间           氧气体积

    （t/min）     （Vt/ml）

    0

   0

    1

   1

    2

   2

    3

   3

    5

   4

    8

   5

   10

   7

   12

   10

   14

   13

   16

   15

   18

   17

   20

   18

   23

   20

   25

   22

   28

   25

   30

   28

   35

   30

   40

   35

   43

   38

   45

   40

             对于反应液

（1）.由作图法求得的表观速率常数

  2O2＋1.5ml1.0mol/LKI溶液.各温度下的表观速率常数如下：

            t＝15℃时. 

            t＝25℃时. 

            t＝35℃时. 

 九、思考题

   1.一级反应的特点是什么？

反应速率常数k与哪些因素有关？

   2.反应过程中采取电磁搅拌有什么好处？

如果搅拌不均匀对实验结果有无影响？

   ∞？

   2O2和KI混合的瞬间作为反应开始时间？

   5.如何检查体系是否漏气？

   6.如何理解水位瓶、量气管、水准管三液面在实验过程中应随时坚持一致？

    习题详解

十、参考资料

 1、郭子成、杨建一等主编.物理化学实验.P.90北京理工大学出版社（2004）

 2、吴子生主编.物理化学实验.P.226（2002）

 3、马堡富主编.物理化学实验.P.98化学工业出版社（1987）

4、复旦大学等.物理化学实验.P.117人民教育出版社（1979）

十一、创新型实验

1、程淑玉、魏登贵、朱泉晓过氧化氢催化分解实验的改进

∞

2、何蜀湘、李强国对过氧化氢催化分解速率常数测定实验的改进 

摘要：

改进了过氧化氢催化分解实验的实验装置