實(shí)驗(yàn)十八 過氧化氫催化分解

實(shí)驗(yàn)十八過氧化氫催化分解【目的要求】測(cè)定Ｈ2O2催化分解的反應(yīng)速率常數(shù)；了解催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響?！緦?shí)驗(yàn)原理】所謂催化劑是指能改變反應(yīng)速率而自身在反應(yīng)前后的數(shù)量和化學(xué)性質(zhì)都不發(fā)生變化的物質(zhì)。催化劑改變反應(yīng)速率的作用叫催化作用。有催化劑參與的化學(xué)反應(yīng)稱為催化反應(yīng)。常溫常壓下，在沒有催化劑存在時(shí)，Ｈ2O2分解反應(yīng)進(jìn)行得很慢，但是使用催化劑后可以顯著提高過氧化氫分解的反應(yīng)速率。Ｈ2O2的分解反應(yīng)如下：某些催化劑可以明顯地加速Ｈ2O2的分解，如Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物，本實(shí)驗(yàn)用KI作催化劑，由于反應(yīng)是在均勻相（溶液）中進(jìn)行，故稱為均相催化反應(yīng)。該反應(yīng)的反應(yīng)機(jī)理是：（慢）（快）由于第一步的反應(yīng)速率要比第二步慢得多，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Ｈ2O2的濃度成正比：式中，表示各物質(zhì)的濃度（mol·L-1），t為反應(yīng)時(shí)間，為反應(yīng)速率常數(shù)（單位為：濃度-1·時(shí)間-1），其大小與溫度、介質(zhì)及操作條件如攪拌速度等有關(guān)，表示的是反應(yīng)物濃度為單位濃度時(shí)體系的反應(yīng)速率，故其值與反應(yīng)組分的濃度無關(guān)。由于催化劑在反應(yīng)前后的濃度是不變的，即可視為常數(shù)，則：此時(shí)，反應(yīng)的速率與反應(yīng)物濃度的1 次方成正比，為一級(jí)反應(yīng)。式中為表觀反應(yīng)速率常數(shù)，其單位為時(shí)間-1，其值除與溫度等有關(guān)以外，還與催化劑的濃度有關(guān)。上式表明Ｈ2O2的分解反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)。將上式積分可得：（18.1）式中，為反應(yīng)開始時(shí)Ｈ2O2的濃度，是反應(yīng)到某一時(shí)刻Ｈ2O2的濃度。在Ｈ2O2分解過程中，t時(shí)刻Ｈ2O2的濃度可以通過測(cè)量在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)反應(yīng)放出的O2的體積求得。這是由于分解過程中放出的氧氣體積與已被分解的Ｈ2O2濃度成正比，比例常數(shù)為定值。故根據(jù)在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)分解放出氧氣的體積可得出t時(shí)刻Ｈ2O2的濃度。用表示Ｈ2O2全部分解時(shí)產(chǎn)生的O2體積，表示在t時(shí)刻Ｈ2O2分解放出的O2體積，當(dāng)使用的Ｈ2O2的體積一定時(shí)，則有：或或式中f為比例系數(shù)。將上面的關(guān)系式代入(18.1)式得：（18.2）（18.3）以對(duì)時(shí)間t作圖得一直線，從直線的斜率即可求出（表觀）反應(yīng)速率常數(shù)k。可以由實(shí)驗(yàn)所用的Ｈ2O2體積及濃度算出。標(biāo)定Ｈ2O2濃度的方法如下：按其分解反應(yīng)的化學(xué)方程式可知1molＨ2O2放出0.5molO2，在酸性溶液中以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，求出，就可以算出。(18.4)(18.5)【儀器與試劑】磁力攪拌器1臺(tái)；過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)玻璃儀器一套；150mL磨口錐形瓶1個(gè)；25mL刻度移液管2支；10mL量筒2個(gè)；秒表1塊。Ｈ2O2溶液；KI溶液（0.1mol·L-1、0.2mol·L-1），KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液；H2SO4（3mol·L-1）?！緦?shí)驗(yàn)步驟】圖II-18-1過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)裝置圖1電磁攪拌器；2磨口錐形瓶；3三通旋塞；4,550mL量氣管；6旋塞或止水圖II-18-1過氧化氫分解實(shí)驗(yàn)裝置圖1電磁攪拌器；2磨口錐形瓶；3三通旋塞；4,550mL量氣管；6旋塞或止水夾；7水位瓶依次用移液管量取10mLＨ2O2和10mLＨ2O于磨口錐形瓶中，加入攪拌子，此時(shí)活塞處在三通狀態(tài)，左右兩液面在零點(diǎn)處相平。打開攪拌，調(diào)節(jié)適當(dāng)?shù)臄嚢杷俣?，用量筒?0mL濃度為0.1mol·L-1的KI溶液，加入錐形瓶中，蓋上塞子，同時(shí)將活塞打到兩通，并開始計(jì)時(shí)。此時(shí)Ｈ2O2開始分解，可以觀察到量氣管內(nèi)液面下降，應(yīng)緩慢放開止水夾，使左右兩量氣管液面同時(shí)下降，然后每下降5mL左右記錄時(shí)間及相應(yīng)的氣體體積數(shù)，直至量氣管液面降至40mL時(shí)為止。用0.2mol·L-1的KI重復(fù)以上操作。測(cè)定Ｈ2O2的初濃度。用移液管取5mLＨ2O2溶液于錐形瓶中，加入10mL濃度為3mol·L-1H2SO4，用標(biāo)準(zhǔn)KMnO4溶液滴定至淡紅色?！咀⒁馐马?xiàng)】實(shí)驗(yàn)時(shí)攪拌速度調(diào)好后要保持不變。加入KI后要迅速將三通轉(zhuǎn)為兩通，防止氧氣外漏。時(shí)間要連續(xù)記錄。記錄實(shí)驗(yàn)溫度和大氣壓。【數(shù)據(jù)記錄與處理】自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表，記錄原始數(shù)據(jù)并填入演算結(jié)果。以對(duì)t作圖，由直線