量氣法測定過氧化氫催化分解

1、量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率系數(shù)一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康臏y定 H2O2分解反應(yīng)的速率系數(shù)和級數(shù)，并了解一級反應(yīng)的特點(diǎn)。二 實(shí)驗(yàn)原理H2O2在沒有催化劑存在時(shí)，分解反應(yīng)進(jìn)行得很慢，若用 KI 溶液為催化劑， 則能加速其分解。22KI22該反應(yīng)的機(jī)理是：第一步)( OHKIOKIOH 222慢 +第二步 )( O21KIKIO 2快+由于第一步的反應(yīng)速率比第二步慢得多，所以整個(gè)分解反應(yīng)的速率取決于第一步。如果反應(yīng)速率用單位時(shí)間內(nèi)H2O2濃度的減少表示，則它與KI和H22的濃度成正比：O2O2HKI2O2H2O2H ddccktc=-(2-40)式中 c表示各物質(zhì)的濃度 (molL - 1)， t為反應(yīng)時(shí)

2、間 (s)，為反應(yīng)速率系數(shù)，它的大小僅決定于溫度。 2O在反應(yīng)過程中作為催化劑的KI 的濃度保持不變，令，則KI22 OHckddcktc=- (2-41)2O2H2O2H 1式中 k1 為表觀反應(yīng)速率系數(shù)。此式表明，反應(yīng)速率與H2O2濃度的一次方成正比，故稱為一級反應(yīng)。積分上式得：2 Hk 1k=1 =- ttcc tkcc01dd02O2H2O2Htkcct10ln- = (2-42)在一定溫度與催化劑濃度下，k1為定值，所以對一級反應(yīng)而言，c的值僅與 t有關(guān)，而與反應(yīng)物初始濃度無關(guān)。在 H2 O2催化分解過程中，t時(shí)刻 H 2O2 的濃度 ct 可通過測量在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放出的O2體積

3、求得。因?yàn)榉纸夥磻?yīng)中，放出O2的體積與已分解了的H 2O2 濃度成正比，其比例常數(shù)為定值。令V 表示H2O2 全部分解所放出的O2體積， Vt表示 H2O2在 t時(shí)刻放出的O2體積，則， Vc0)(tt VVc- 將上面的關(guān)系式代入式（2-89），得到tkVVVcct10tlnln - = - =(2-43) +- =- VtkVV tln)ln( 1若 H2O2催化分解是一級反應(yīng)，則以對 t作圖應(yīng)得一直線。這種利用動(dòng)力學(xué)方程的積分式來確定反應(yīng)級數(shù)的方法稱為積分法，從直線的斜率可求出表觀反應(yīng)速率系數(shù)k)ln( tVV- 1。如求反應(yīng)的表觀活化能Ea，則通過測定不同溫度下反應(yīng)速率系數(shù)，根據(jù)阿侖尼

4、烏斯(Arrhennius) 經(jīng)驗(yàn)方程：CTREk+- =1ln a (2-44)以ln kREa 即可求得表觀活化能 E 。a三儀器與試劑儀器：超級恒溫槽，移液管(5 mL) ，實(shí)驗(yàn)裝置見圖 2-32。試劑： H2- 1)。 0 ct T12溶液 (3%) ， KI 溶液 (0.2molLO2四實(shí)驗(yàn)步驟圖2-32 H 2O2分解測定裝置1- 反應(yīng)管； 2-攪拌子； 3-水浴夾套； 4-溫度計(jì)；5- 磁力攪拌器； 6-三通活塞； 7-雙連球；8-橡皮滴頭 (內(nèi)盛肥皂水 ) ；9- 量氣管1. 調(diào)節(jié)超級恒溫槽（見本書第五章 5-1.6）的水溫為 25.0 0.1或 30.0 0.1。2. 按圖

5、2-32裝好儀器。用雙連球 7通過三通活塞 6向量氣管鼓氣，并壓出皂膜潤濕量氣管內(nèi)壁，以防止實(shí)驗(yàn)過程中皂膜破裂。3. 在反應(yīng)管中加入3% H 2O2溶液 5mL ，將循環(huán)恒溫水通入反應(yīng)管外水浴夾套。同時(shí)在一小- 1KI 溶液 5mL ，放入恒溫槽中恒溫。試管中移入 0.2molL4在反應(yīng)管內(nèi)加入攪拌子，打開磁力攪拌器，調(diào)節(jié)攪拌速度，使攪拌子在反應(yīng)管中轉(zhuǎn)速恒定，并在量氣管下部壓出皂膜備用。5. 把小試管中的 KI 溶液倒入反應(yīng)管中，約1分鐘后塞上反應(yīng)管上的橡皮塞，同時(shí)旋轉(zhuǎn)活塞6使放出的氧氣進(jìn)入量氣管。 任選一時(shí)刻作為反應(yīng)起始時(shí)間，同時(shí)記下量氣管中皂膜位置讀數(shù)Z ，0以后每隔 1min記錄一次讀數(shù)

6、 Zt ，共 10次。6. 等分解反應(yīng)基本完成后，此時(shí)反應(yīng)管中沒有氣體放出，量氣管中皂膜位置不再變化，記下量氣管中皂膜位置的讀數(shù)即為 Z。五 數(shù)據(jù)記錄與處理1. 記錄反應(yīng)條件（反應(yīng)溫度、催化劑及其濃度）并列表記錄反應(yīng)時(shí)間t和量氣管讀數(shù)Zt的對應(yīng)值。2. 計(jì)算 V和 Vt ： V， V。tt ZZ- =0- =ZZ03. 以 ln ( V Vt )對 t 作圖，從所得直線的斜率求表觀反應(yīng)速率系數(shù)3k1。六 思考題1. 反應(yīng)中 KI 起催化作用，它的濃度與實(shí)驗(yàn)測得的表觀反應(yīng)速率系數(shù)k1的關(guān)系如何？2. 實(shí)驗(yàn)中放出氧氣的體積與已分解了的H2O2溶液濃度成正比， 其比例常數(shù)是什么？試計(jì)算5mL 3%

7、H 2O2溶液全部分解后放出的氧氣體積（ 25，101.325 kPa，設(shè)氧氣為理想氣體， 3% H 2O2- 3）。溶液密度可視為 1.00 gcm3. 若實(shí)驗(yàn)在開始測定 V0時(shí)，已經(jīng)先放掉了一部分氧氣，這樣做對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有沒有影響？為什么？實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)參考一、教學(xué)要點(diǎn)1、物理量代濃度的概念及其在H 2O2分解反應(yīng)中的應(yīng)用 （ H2O2 濃度與放出 O2 體積之間的關(guān)系） 。2、動(dòng)力學(xué)方程式的建立有微分法和積分法兩種方法。微分法： kctc=- =ddr，這里 r為反應(yīng)速率， c為反應(yīng)物 H2 O2 的濃度， t為時(shí)間， 為反應(yīng)級數(shù)。由此， lnckrlnln +=lnkln，以 對作圖為直線，斜

8、率為反應(yīng)級數(shù) ，截距為，即可求得反應(yīng)速率系數(shù) k。 r積分法：如教材所示，+- =- VktVV ln)ln( ，若對 t) V- 作圖為直線即證明這是一級反應(yīng)，由斜tt率求得 k 。 ln(V3、反應(yīng)過程中， t 時(shí)刻 H22 的濃度 c與在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放出的O2 體積成正比。OH 2 2 溶液體積為0.010L ，當(dāng)時(shí)大氣壓為 101325Pa，則OTVc=- ，這里 V是以 mL 為單位的 O2的體積。 c ln44、皂膜流量計(jì)的使用方法并示范之。二、指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)注意點(diǎn)1、講清皂膜流量計(jì)三通活塞的轉(zhuǎn)向。鼓泡時(shí)需緩慢有度，使皂膜清晰有序。2、 H 2O2 與 KI 溶液須分別恒溫十分鐘以后方

9、可混合。計(jì)量體積可在任意是刻開始，以混合后一分鐘內(nèi)為宜。應(yīng)取較靠近量氣管底部的皂膜作為計(jì)量用。第一分鐘內(nèi)放出的O2 體積以 5 6mL為宜。3、為求取 V , 可在計(jì)時(shí)結(jié)束后再等待20分鐘， 即總反應(yīng)時(shí)間在30分鐘以上， 此時(shí)的讀數(shù)即可認(rèn)為是 V 讀數(shù)。4、因?yàn)榱繗夤茏x數(shù)為由大到小，計(jì)算時(shí)應(yīng)予以換算。設(shè)t0 時(shí)讀數(shù)為 Z0， t 時(shí)讀數(shù)為 Zt， 時(shí)讀t Z0 -Zt ，V 0- Z - Vt Zt - Z。數(shù)為Z ，則V Z，所以 V三、數(shù)據(jù)處理示例T=298.2ZV-Vtln(V-cln crln rK ctVt)(H 2O2)=3% c(KI) =0.2mol/LV=5.2mL t0.0

10、048.6043.403.77050.3547- 1.03641.0042.8037.603.62700.3073- 1.17980.0441- 3.12042.0037.8032.603.48430.2665- 1.32250.0380- 3.26993.0033.5028.303.34290.2313- 1.46390.0327- 3.42054.0029.8024.603.20270.2011- 1.60410.0282- 3.56845.0026.6021.403.06340.1749- 1.74340.0245- 3.70826.0023.8018.602.92320.1520- 1.88360.0213- 3.85137.0021.4016.202.78500.1324- 2.02180.0184- 3.99598.0019.3014.102.64620.1153- 2.16060.0159- 4.13909.0017.5012.302.