過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測定

1、過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測定分類：藥學(xué)資料標(biāo)簽：化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告過氧化氫 反應(yīng)速率常數(shù) 教育、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1 )了解過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測定方法。(2) 熟悉一級(jí)反應(yīng)的特點(diǎn)，了解催化劑對(duì)反映速率的影響。(3 )掌握用圖解計(jì)算法求反應(yīng)速率常數(shù)。、實(shí)驗(yàn)用品1、儀器玻璃反應(yīng)容器1個(gè)、水準(zhǔn)瓶1個(gè)、50mL量氣管1個(gè)、超級(jí)恒溫槽1套、三通活塞1個(gè)、 秒表1塊、10mL量筒1個(gè)、5mL吸量管2支、膠管3m。2、藥品質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的H2O2溶液(新鮮配制)、0.1mol L-1KI溶液。三、實(shí)驗(yàn)原理與技術(shù)過氧化氫很不穩(wěn)定，在常溫下的分解反應(yīng)式為:H2O2TH 20+1/202（I）在KI作用下的分

2、解反應(yīng)機(jī)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(yīng)的反應(yīng)速率方程為：dCH202/dt=kCH202 CKI（W）因?yàn)镃KI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(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，對(duì)（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(yīng)至t時(shí)刻H2O2的濃度；k為H2O2的催化分解 反應(yīng)的速率常數(shù)）。反應(yīng)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(yīng)中，氧氣體積增長速率反映了H2O2的分解速率，本實(shí)驗(yàn)就是通過測定不同時(shí)刻放出的氧氣的體積，間接地求出H2O2在相應(yīng)時(shí)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(yīng)至t時(shí)刻放出的02的體積;則由（I）式可看出:定溫定壓下反應(yīng)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(shí)驗(yàn)步驟（1 ）組裝儀器（實(shí)驗(yàn)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(yīng)器的一室；再用另一支吸量管吸取 5mL質(zhì)量分?jǐn)?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(zhǔn)瓶裝入一定量蒸餾水，旋轉(zhuǎn)三同活塞，使體系與外界相通；高舉水準(zhǔn)瓶，使量氣管的水平面達(dá)到O.OOmL （即vO）刻度處，然后再旋轉(zhuǎn)三通活塞，使體系與外界隔絕，水準(zhǔn)瓶放回實(shí)驗(yàn)臺(tái)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(yīng)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(fù)轉(zhuǎn)移34次，最后全部停留在一室，平穩(wěn)且力度適中地?fù)u勻。（注：反應(yīng)器必須與量氣 相通）（4） 每隔一定時(shí)間（大約產(chǎn)生3.00mLO2 ），分別讀取量氣管的讀數(shù)和記下對(duì)應(yīng)的時(shí)間，8 12組即可。（注：每次水準(zhǔn)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(yīng)器于55C水浴中加熱，至沒小氣泡產(chǎn)生（約為 20min），取出反應(yīng)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1 室溫 26.0C ； 氣壓 100.90Kpa; v g 34.80mL關(guān)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(duì)1/t作圖，外推至1/t=0,得截距即為v g。將其與實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)值為34.80mL ;由此可見外推得到的值大了一點(diǎn)，原因應(yīng)該是后面記錄的三個(gè)數(shù)值相對(duì)偏大了，而導(dǎo) 致那段線段較陡，最終導(dǎo)致外推時(shí)也相對(duì)向上移動(dòng)了較大的一段。3、以In （v g-v t）對(duì)t作圖，由直線的斜率計(jì)算反應(yīng)速率常數(shù)k （作圖求斜率時(shí)，取 氧氣析出15%85%之間的點(diǎn)）。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(jì)算H2O2的分解反應(yīng)的半衰期。解：t”2=In2/ k=0.693/k=0.693 (1.10 103) 630s七、實(shí)驗(yàn)分析與討論1、開始反應(yīng)的前段時(shí)間，由于反應(yīng)物混合尚為均勻，反應(yīng)速率較慢，而導(dǎo)致時(shí)間間隔較大；隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)逐漸趨于穩(wěn)定，而產(chǎn)生的氧氣的量也相對(duì)均勻了很多。但是我認(rèn)為，前段反應(yīng)時(shí)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(dāng)我們以大約3mL為間隔記錄數(shù)據(jù)時(shí)，實(shí)際上已反應(yīng)產(chǎn)生比這個(gè)3mL偏大很多的氧氣了，當(dāng)然它相對(duì)就要花掉較多一點(diǎn)時(shí)間。2、由t In (v t)圖可以看出，反應(yīng)前段時(shí)

9、間產(chǎn)生約為等體積的氧氣時(shí)所需的時(shí)間也大約一樣；但是隨著反應(yīng)的進(jìn)行，時(shí)間的間隔也慢慢地增大。從中可知道，反應(yīng)速率不僅與溫度有關(guān)系，而且與反應(yīng)物的濃度有關(guān)，呈正比。六、思考題1、讀取氧氣體積時(shí)，量氣管及水準(zhǔn)瓶中水面處于同一水平面的作用何在?答：反應(yīng)開始前量氣管里水面所受的壓力與水準(zhǔn)瓶水面所受的壓力是一樣的，都是P。反應(yīng)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(shí)，使量氣管及水準(zhǔn)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(zhǔn)確讀取在t時(shí)刻產(chǎn)生氧氣的體積。2、用V g數(shù)據(jù)可以計(jì)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(jì)算v g是否可以？答：可以；因?yàn)镵MnO4溶液滴定H2O2溶液時(shí)，有以下關(guān)系式： 2 MnO 5 H2O2T 5 O2；當(dāng)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(guān)系式求得氧氣的物質(zhì)的量； 又因?yàn)榇藭r(shí)可以把氧氣當(dāng)作理想氣體， 最后就可以根據(jù)