過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)的測定

1、過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)的測定分類：藥學資料標簽：化學實驗報告過氧化氫 反應速率常數(shù) 教育、實驗目的(1 )了解過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)的測定方法。(2) 熟悉一級反應的特點，了解催化劑對反映速率的影響。(3 )掌握用圖解計算法求反應速率常數(shù)。、實驗用品1、儀器玻璃反應容器1個、水準瓶1個、50mL量氣管1個、超級恒溫槽1套、三通活塞1個、 秒表1塊、10mL量筒1個、5mL吸量管2支、膠管3m。2、藥品質(zhì)量分數(shù)為2%的H2O2溶液(新鮮配制)、0.1mol L-1KI溶液。三、實驗原理與技術過氧化氫很不穩(wěn)定，在常溫下的分解反應式為:H2O2TH 20+1/202（I）在KI作用下的分

2、解反應機理為：H2O2+KI T KI0+ H 20（慢）（n）KIOT KI+1/20 2（快）（川）（n）式是H202分解的速控步驟，H202分解反應的反應速率方程為：dCH202/dt=kCH202 CKI（W）因為CKI近似不變，（W）式可簡化為：dCH202 /d t= kCH202（V）（其中 k=kCKi）。H2O2的催化分解反應為一級反應，對（V）式積分可得：In （c/ co） = kt（W）（其中co為H2O2的初始濃度；c為反應至t時刻H2O2的濃度；k為H2O2的催化分解 反應的速率常數(shù)）。反應的半衰期為：ti/2= In2/ k=0.693/k（W）在等溫等壓條件下，

3、在 H2O2的分解反應中，氧氣體積增長速率反映了H2O2的分解速率，本實驗就是通過測定不同時刻放出的氧氣的體積，間接地求出H2O2在相應時刻的濃度，這種方法稱為物理法。令V7表示H2O2全部分解放出的 02的體積；V t表示反應至t時刻放出的02的體積;則由（I）式可看出:定溫定壓下反應產(chǎn)生的 。2的體積V t與被消耗的H2O2的濃度成正比，而V *則與H2O2的初始濃度成正比，且兩者比例系數(shù)為定值，則：C°XV *； C（V *- V t）。代入(W)式可得：ln (vv t) /v *= kt(忸)(K)t In (v *- v t) = kt + In v *（其中v *可以通

4、過外推法或加熱法求得）。四、實驗步驟（1 ）組裝儀器（實驗室工作人員已經(jīng)裝好）。（2）先用量筒量10mL蒸餾水和用吸量管吸取 5mL O.lmol L-1KI溶液注入反應器的一室；再用另一支吸量管吸取 5mL質(zhì)量分數(shù)為2%的H2O2溶液于另一室。（注：此過程中各室的溶液都不能滴漏于另一邊）。接著，蓋好瓶塞，查漏。方法如下:水準瓶裝入一定量蒸餾水，旋轉三同活塞，使體系與外界相通；高舉水準瓶，使量氣管的水平面達到O.OOmL （即vO）刻度處，然后再旋轉三通活塞，使體系與外界隔絕，水準瓶放回實驗臺面。2min內(nèi)保持不變，則表示不漏氣；否則，要找出原因，排除它。（3）傾斜反應器，使KI溶液流入H2O

5、2溶液中，立即開啟秒表，混合溶液兩室中反復轉移34次，最后全部停留在一室，平穩(wěn)且力度適中地搖勻。（注：反應器必須與量氣 相通）（4） 每隔一定時間（大約產(chǎn)生3.00mLO2 ），分別讀取量氣管的讀數(shù)和記下對應的時間，8 12組即可。（注：每次水準瓶的液面與量氣管的液面保持在同一水平方可讀數(shù)）（5）反應器于55C水浴中加熱，至沒小氣泡產(chǎn)生（約為 20min），取出反應器，冷卻至原溫，然后讀數(shù)，至相鄰讀數(shù)的差值不超過0.02mL為止，記為v水浴。它與vO的差值即為V*。五、實驗數(shù)據(jù)記錄與處理1 室溫 26.0C ； 氣壓 100.90Kpa; v g 34.80mL關于 t、1/t、v t、(v

6、*v t)和 In (v g v t)的數(shù)據(jù)表:t/s1/t /s -1v t/ mL(vg - v t) /mLln (vg - v t)2344.27 X 10_33.2231.583.453782.65 X 10_36.8427.963.335012.00 X 10_310.8223.983.186611.51 X10_314.0020.803.038561.17 X10_317.2417.562.8712100.83 X 10_320.9213.882.6314420.69 X 10_324.6510.152.321743-30.57 X 1028.286.521.87234230.4

7、3 X 1031.603.201.162、以v t對1/t作圖，外推至1/t=0,得截距即為v g。將其與實驗值v g比較，并簡單討論之。l/t_Vt 圏0002,00 3.004.005.00tAk-1討論:外推可得v g=38.20 mL而實驗值為34.80mL ;由此可見外推得到的值大了一點，原因應該是后面記錄的三個數(shù)值相對偏大了，而導 致那段線段較陡，最終導致外推時也相對向上移動了較大的一段。3、以In （v g-v t）對t作圖，由直線的斜率計算反應速率常數(shù)k （作圖求斜率時，取 氧氣析出15%85%之間的點）。亠¥乜圖解:斜率 m= (3.00-2.71) -(1000

8、738)=0.29 2621.10 X-10故 k= m=1.10 X034、計算H2O2的分解反應的半衰期。解：t”2=In2/ k=0.693/k=0.693 (1.10 103) 630s七、實驗分析與討論1、開始反應的前段時間，由于反應物混合尚為均勻，反應速率較慢，而導致時間間隔較大；隨著反應的進行，反應逐漸趨于穩(wěn)定，而產(chǎn)生的氧氣的量也相對均勻了很多。但是我認為，前段反應時間間隔大的原因還可能是產(chǎn)生的部分氧氣要用來填充膠管，而當我們以大約3mL為間隔記錄數(shù)據(jù)時，實際上已反應產(chǎn)生比這個3mL偏大很多的氧氣了，當然它相對就要花掉較多一點時間。2、由t In (v t)圖可以看出，反應前段時

9、間產(chǎn)生約為等體積的氧氣時所需的時間也大約一樣；但是隨著反應的進行，時間的間隔也慢慢地增大。從中可知道，反應速率不僅與溫度有關系，而且與反應物的濃度有關，呈正比。六、思考題1、讀取氧氣體積時，量氣管及水準瓶中水面處于同一水平面的作用何在?答：反應開始前量氣管里水面所受的壓力與水準瓶水面所受的壓力是一樣的，都是P。反應開始后，由于氧氣的產(chǎn)生，水面所受的壓力增大而降低。讀取氧氣體積時，使量氣管及水準瓶中水面處于同一水平面，就是繼續(xù)保持內(nèi)外的壓力相等，有利于準確讀取在t時刻產(chǎn)生氧氣的體積。2、用V g數(shù)據(jù)可以計算 H2O2的初始濃度co,如用KMnO 4溶液滴定H2O2溶液，求得H2O2 的初始濃度co,再由co計算v g是否可以？答：可以；因為KMnO4溶液滴定H2O2溶液時，有以下關系式： 2 MnO 5 H2O2T 5 O2；當知道滴 定KMnO 4溶液的濃度和用掉的體積以及被滴定的 H2O2溶液的體積，而先求得 co;接著就 可根據(jù)關系式求得氧氣的物質(zhì)的量； 又因為此時可以把氧氣當作理想氣體， 最后就可以根據(jù)