過氧化氫的催化分解試驗

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過氧化氫的催化分解

一試驗?zāi)康?/p>

1.熟悉一級反應(yīng)特點，了解反應(yīng)濃度、溫度和催化劑等因素對一級反應(yīng)速度的影響;2.用靜態(tài)法測H2O2分解反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)和半衰期.并求反應(yīng)活化能;3.學(xué)會用圖解法求出一級反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù).二試驗原理

凡是反應(yīng)速度只與反應(yīng)濃度的一次方成正比的反應(yīng)稱為一級反應(yīng)。試驗證明，過氧化氫的反應(yīng)機理為一級反應(yīng).化學(xué)反應(yīng)速度取決于反應(yīng)物的濃度、溫度、反應(yīng)壓力、催化劑、攪拌速度等大量因素。大量催化劑如Pt、Ag、MnO2、FeCl3碘化物等都能加速H2O2分解。在催化劑KI作用下的分解反應(yīng)，反應(yīng)歷程如下：H2O2+Iˉ→IOˉ+H2O

H2O2+IOˉ→H2O+O2+Iˉ

按此歷程，可推導(dǎo)出總反應(yīng)的速度公式：-=Kˊ[H2O2][Iˉ]

當(dāng)溶液體積不變時，[Iˉ]是個常數(shù)，即:-=K[H2O2]為一級反應(yīng)。

一級反應(yīng)的速度公式為：

-=KCA(14一1)式中:K為反應(yīng)速度常數(shù):CA為時間t時的反應(yīng)物濃度.將(14一1)式積分得:lnCA=-kt+lnCA0(14一2)式中CA0為反應(yīng)開始時(t=0)反應(yīng)物的初始濃度。

從(14一2)式可見，一級反應(yīng)的速度常數(shù)K與反應(yīng)物的初始濃度無關(guān)。由(14一2)式變換得：

ln=-kt(14一3)當(dāng)CA=CA0時，t可用t1/2表示，即為反應(yīng)的半衰期.t1/2==(14一4)

從式(14一4)可見，在溫度一定時，一級反應(yīng)的半衰期應(yīng)與反應(yīng)的速度常數(shù)成反比，而與反應(yīng)物的初始濃度無關(guān)。

由反應(yīng)方程式可知，在常溫常壓下，H2O2分解的反應(yīng)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。

若以Vt和CA表示時間t時量氣管的讀數(shù)和H2O2的濃度，Vf表示H2O2完全分解時量氣管的讀數(shù)，則CA∝(Vf-Vt).Vf值可由如下兩種方法求?。?/p>

(1)外推法：以1/t為橫坐標對Vt作圖，將直線段外推至1/t=0，其截距即為Vf；

(2)加熱法：在測定若干個Vt的數(shù)據(jù)之后，將H2O2溶液加熱至50～60℃約15分鐘，可認為H2O2己基本分解。待完全冷卻后，記錄下來量氣管的讀數(shù).即為Vt?；瘜W(xué)反應(yīng)速度隨溫度的提高而加快。對一般反應(yīng)及某些繁雜反應(yīng)，溫度與反應(yīng)速度的定量關(guān)系由阿侖尼烏斯經(jīng)驗公式表達：K=Ae式中

E—反應(yīng)的活化能，常以KJ/mol表示；T—絕對溫度，K。

取對數(shù)后得：

lgk=-+lgA(14一5)

由試驗測得不同溫度下的速度常數(shù)K值。以lgk對1/T作圖得一直線，由斜率可求得活化能數(shù)值。

三儀器與藥品

超級恒溫槽一臺；10ml移液管2支；100ml容量瓶2個；100ml細口瓶2個；小燒杯1個；30℅H2O2；0.1NKI溶液。四試驗步驟(一)配制試劑

1.H2O2溶液的配制：用移液管吸取30℅H2O2溶液5ml，置于100ml容量瓶中，沖稀至刻線，搖勻，即得試驗用的H2O2溶液。

2.0.1NKI溶液的配制：確切稱取1.66克KI置于100ml容量瓶中，沖稀至刻線，搖勻，即得試驗用的0.1KI溶液。(二)試漏

防備將膠塞蓋緊到反應(yīng)瓶上，如圖(14一1)。旋轉(zhuǎn)三通活塞4至與外界相通，舉高水準瓶，使液體充滿量器管。然后旋轉(zhuǎn)三通活塞4，使系統(tǒng)與外界隔絕，并把水準瓶放到最低位置。假使氣管中液面在2分鐘內(nèi)不變，即表示系統(tǒng)不漏氣，否則應(yīng)找出系統(tǒng)漏氣原因，并設(shè)法排除之。讀取量器管內(nèi)初始氣體體積V0，注意量器管讀數(shù)時一定要使水準瓶和量器管內(nèi)液面保同一水平面。(三)測量過程

開動并調(diào)理好超級恒溫槽溫度。傾斜反應(yīng)瓶，貼壁輕輕放入電磁攪拌子，夾正反應(yīng)瓶，舉高水準瓶使液面對準刻度V0處，將三通活塞4旋至同外界相通位置，分別用移液管參與H2O2溶液、KI溶液，迅速蓋緊膠塞，旋三通活塞使系統(tǒng)與外界隔絕，開動電磁攪拌器至低速擋，攪拌子轉(zhuǎn)起后開始記時。在反應(yīng)過程中，水準瓶要時時保持量氣管和水準瓶兩液面在同一平面上。每5分鐘記錄一次量氣管體積，直至35分鐘為止。做如下幾個條件：

（1）20℃時10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI（2）25℃時10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI

（3）30℃時10mlH2O2+10mlmol/dm30.1KI（4）35℃時10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI

在35℃時，讀完35分鐘后，將反應(yīng)瓶升溫至50～60℃并保持大約10分鐘左右，體積不變即可再冷至室溫，讀取量氣管氣體的體積即Vf。五數(shù)據(jù)記錄與處理

1.H2O2催化分解數(shù)據(jù)表t/s1/t/s-1Vt/ml20℃25℃30℃35℃5101520253035

t/s1/t/s-1lg(Vf-Vt)20℃25℃30℃35℃5101520253035

2.以Vt對1/t作圖，將得到一條直線，將直線外推至1/t=0，由其截距得到Vf。3.以lg(Vf-Vt)對t作圖，求直線斜率。

4.計算HO分解反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)K=-2.303×斜率和半衰期t1/2=0.693/K。

5.根據(jù)(14一5)式，以lgk為縱坐標，1/T為橫坐標作圖得一直線，取其斜率可求反應(yīng)的活化能E。

六思考題

1.說明為什么可用lg(Vf-Vt)～t代替