2021年過氧化氫分解速率常數(shù)的測定

*歐陽光明*創(chuàng)編過氧化氫分解速率常數(shù)的測定歐陽光明(2021.03.07))eterminationofH202DecompositionRateConstant一.實驗目的及要求1.熟悉一級反應的特點2.測定過氧化氫分解反應的速率常數(shù)和級數(shù)3.認識各種因素對反應速率的影響4.用圖解法求過氧化氫分解反應的速率常數(shù)二.實驗原理凡是反應速度可是與反應物濃度的一次方成正比的反應稱為一級反應。實考據(jù)明.過氧化氫分解的反應為H噫一屯0+刃2若是該反應屬于一級反應.則其反應速度方程應遵守下式:*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編=kCt式中：k為反應速度常數(shù)；G為時間為t式的反應物濃度。將式（1）積分得:lnCt=-H+lnC；(2)式中：°；為反應開始時H』2的濃度。如將⑵變換?可得:(3)該式子式是InCt?t的直線方程。反應進行過程中.測定不相同時刻t時反應系統(tǒng)中H2O2的濃度3獲取若干組Ct.t數(shù)據(jù)后.以InCt對時間t作圖.可得素來線.表示該反應為一級反應.其斜率為反應速度常數(shù)得負值一k.截距為lnC°0實驗方法1.實驗條件的設計：化學反應速度取決于好多因素?比方反應物的濃度、攪拌速度、*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編反應壓力、溫度、催化劑等等。某些催化劑能夠明顯地加速反應速度。能加速H2O2分解的催化劑Pt、Ag、碘化物等等。本實驗用KI作為催化劑.在靜態(tài)裝置里測定H2O2分解反應的速度常數(shù)（實驗裝置見第三部分）。H2O2在水溶液中分解釋放出氧氣的速率較慢.加入KI時.速率加速.其反應按下面的步驟進行.即KI+H20F===K10+H20（慢）1）KI0====KI+1/202（快）（2）由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步為反應得控制步驟。所以能夠假定其反應的速率方程式為一等="C口G式中.Ct為反應系統(tǒng)中反應到t時刻H2O2濃度.因KI在反應過程中濃度不變.故上式能夠簡化為~^=kjct（3式中：k=^CjJ,將上式分別變量積分t=0時.Ct=Co*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編t=t時.Ct=G定積分式為(4)積分結(jié)果lnCt=-kt+lnCo(5)式(5)是InCt?t的直線方程。反應進行過程中.測定不相同時刻t時反應系統(tǒng)中H2O2的濃度S獲取若干組G.t的數(shù)據(jù)后.以InCt對t作圖.得素來線.表示該反應為一級反應(準一級反應).直線斜率為一k02、Vs的求取:由反應方程式可知.在恒溫常壓下.H2O2分解的反應速度與氧氣的析出速度成正比。析出的氧氣體積可由量氣管測量。在出。2催化分解過程中t時刻H2O2的濃度能夠經(jīng)過測量相應時間內(nèi)分解放出的氧氣的體積得出。放出的氧氣的體積與分解了的出。2的量成正比.其比率系數(shù)為定值。若以Vt和Ct表示時間t時量氣管的讀數(shù)和H2O2的濃度.表示H2O2完好分解時量氣管的讀數(shù).則Ct8(Vg—Vt)*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編將上述關系代入式(2)In.二-加+4C；,可得In(Vg-Vt)=-kt+lnJ(6)若是以In(Vs-Vt)對t作圖得素來線.即考據(jù)是一級反應.由直線斜率m可求出速率常數(shù)k,m=—ko式(6)為In(Vs-Vt)?t的直線方程.式中Vs為H2O2全部分解放出的氧氣體積.反應溫度及KI濃度一準時.它不隨時間改變。實驗過程中只需要測定反應進行到不相同時刻t時的H2O2分解放出的氧氣體積Vt(若干個數(shù)據(jù))和反應終了時出。2全部分解放出氧氣體積V?(一個數(shù)據(jù)).以In(Ve-Vt)對時間t作圖得素來線.直線斜率為m=—k.用作圖法可求出反應速率常數(shù)k0Vs可采用以下兩種方法求取：1.1.外推法以廠為橫坐標對Vt作圖.將直線段外推至廠=0.其截距即為Voo加熱法在測定若干個Vt數(shù)據(jù)此后.將H2O2溶液加熱至50—60°C約15分鐘.能夠為出。2以基本分解。待完好冷卻后.記下量氣管讀數(shù).即為VsVR也能夠不測.由“數(shù)據(jù)辦理”中介紹的方法求出反應速率常數(shù)k四.儀器和藥品*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編1.實驗裝置一套（見以下圖）61.電磁攪拌錐形3?橡皮塞4.三通活5?量器6.水位水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編種實驗裝置利害比較2.儀器和藥品量氣管50ml一支錐形瓶250mI一個水平瓶一個三通旋塞一個電磁攪拌器一臺移液管10ml*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編一支*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編筒10ml二個1%H2O2;0.1mol/LKI溶液.實驗步驟將20ml蒸鐳水和10ml0.1mol/lKI溶液加入到錐形瓶中.寒緊橡膠塞。2.試漏如上圖裝置好儀器。旋轉(zhuǎn)三通活塞4于地址a?使系統(tǒng)與外界相通.舉高水平瓶.使液體充滿量氣管。爾后旋轉(zhuǎn)三通活塞到b.使系統(tǒng)與外界間隔.并把水平瓶放到最低位置。如量氣管中液面在2分鐘內(nèi)保持不變.即表示系統(tǒng)不漏氣；否則應找出系統(tǒng)漏氣的原因.并想法消除之。讀取量氣管內(nèi)初始氣體體積V。注意量氣管讀數(shù)時必然要使水平瓶和量氣管內(nèi)液面保持同一水平面。打開橡膠塞.舉起水平瓶.使量氣管內(nèi)液面位于零刻度處.啟動電磁攪拌。把0.5ml1%H202與10ml蒸鐳水混雜.爾后將其倒入錐形瓶中.迅速塞緊橡膠塞。再塞緊膠塞的同時.記下反應時間。反應開始后每隔2分鐘讀取量氣管讀數(shù)一次.20分鐘后?每隔5分鐘讀取一次.直到量氣管讀數(shù)約為50ml時.實驗結(jié)束。5.將錐形瓶加熱至50-60°C.并保持大體15分鐘。再將其冷卻*歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編至室溫.讀取量氣管氣體體積.即V實驗完成后.將錐形瓶反應器、量筒、移液管用蒸徭水洗凈.搞好實驗臺衛(wèi)生。.數(shù)據(jù)辦理(1)列出t、1/t和Vt的數(shù)據(jù)表.并以Vt對1/t作圖.將直線段外推至1/t=0.取截距即為V?(2)、列出吐、和lgXF數(shù)據(jù)表，并以lg八區(qū)比作圖得素來實驗溫度°C實驗溫度1v,-vtlg"Xminmlminm2846(3).計算在實驗溫度下?戌02催化分解速率常數(shù)k=-2.303m水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編七、實驗注意事項對過氧化氫分解反應.影響實驗結(jié)果得主要因素有溫度、壓力、催化劑的種類和濃度（或質(zhì)量）、攪拌情況及Vt和V"的測量正確度。依照這些影響因素.實驗中的注意事項有：溫度直接影響量氣管中的氣體體積的測量值.所以除了對反應系統(tǒng)恒溫外.還要對量氣管進行恒溫.恒溫精度要達到土o.rco別的和其他反應相同在低溫時vt測量間隔能夠稍?長.而當反應溫度較高時.則vt的測量間隔應合適縮短.以便獲取必然數(shù)量的正確的vt值。2.本實驗由于是經(jīng)過測量不相同反應時刻放出氧氣的Vt及Vs來求k的數(shù)值.所以需要在恒壓的條件下測量.而且要保證系統(tǒng)不漏氣。為便于測量和讀數(shù).能夠考慮采用上文鏈接所示裝置4的水平量氣裝置。催化劑的種類和濃度對過氧化氫在水溶液中的分解反應有較大的影響.而且對過氧化氫分解反應有催化作用的物質(zhì)好多。所以.過氧化氫溶液應新鮮配制.而且最好是采用二次蒸鐳水來配制。別的.所用催化刑的濃度（或質(zhì)量）應正確.以便和文件值進行比較。表觀速率常數(shù)k的正確度直接與Vt量正確度.所用量氣管的內(nèi)徑和刻度應比較選擇合適.使Vs大體在30—50ml左右。

和Vs的測量正確度相關。為保證Vt和Vs的測均勻；別的.過氧化氫溶液的初始濃度和體積要5.攪拌對實驗也有影響。為進行比較.攪拌要合適.每次實驗的攪拌情況盡量一致。水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編八、實驗參照數(shù)據(jù)?實驗條件溫度：20°C壓力：1.00868X105Pa反應系統(tǒng)：1%H202溶液10ml+0.2mol/LKI溶液2mI1%H202溶液10ml+0.4mol/LKI溶液2mIVt與時間的關系表2時間氧氣體積(t/min)(Vt/ml)0123

下表1與表2分別表示對應于(1)和(2)的表1時間氧氣體積(t/min)(Vt/ml)0.0000.001.6012.603.0025.604.1038.20水歐陽光明*創(chuàng)編56.50410.90水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編89.401011.901214.001416.101617.801819.502020.802323.102524.502826.203027.503529.904032.104333.204533.9045.10表觀速率常數(shù)K=0.0311/min0.0805/min

513.50718.201024.201328.801531.501733.601834.602036.402237.802539.102841.003041.903543.103843.704044.0045.70對于反應液0）?由作圖法求得的對于反應液（2）?則其K=水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編反應系統(tǒng)50ml0.10OOmoI/LH202+1.5ml1.0mol/LKI溶液.各溫度下的表觀速率常數(shù)以下：t=15°C時.k=0.0172/mint=25°C時.k=0.0387/mint=35°C時.k=0.0749/min九、思慮題一級反應的特點是什么？反應速率常數(shù)k與哪些因素相關？2.反應過程中采用電磁攪拌有什么好處？若是攪拌不均勻?qū)嶒灲Y(jié)果有無影響？除用外推法之外.還可以夠用其他什么方法來測定V??本實驗為什么以膠塞塞緊的剎時.而不是以H2O2和KI混雜的剎時作為反應開始時間？如何檢查系統(tǒng)可否漏氣？如何理解水位瓶、量氣管、水平管三液面在實驗過程中應隨時保持一致？習題詳解十、參照資料1、郭子成、楊建一等主編.物理化學實驗.P.90北京理工大學初版社(2004)水歐陽光明*創(chuàng)編*歐陽光明*創(chuàng)編2、吳子生主編.物理化學實驗.P.226(2002