過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定

1、過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?）了解過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)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)。二、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：H2O2H2O+1/2O2      

2、0;  （）在KI作用下的分解反應(yīng)機(jī)理為：H2O2+KIKIO+ H2O （慢）    （）KIOKI+1/2O2   （快）    （）（）式是H2O2分解的速控步驟，H2O2分解反應(yīng)的反應(yīng)速率方程為：dcH2O2/dt=k´cH2O2·cKI               （）因?yàn)閏KI近似不變，（）式可簡化為：dcH2O2/dt=kcH2O2&

3、#160;                                  （）（其中k=k´cKI）。H2O2的催化分解反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng)，對(duì)  （）式積分可得：ln（c/ c0）=kt    （）（其中c0為H2O2的

4、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：t1/2= ln2/k=0.693/k               （）在等溫等壓條件下，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(cè)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。令表示H2O2全部分解放出的O2的體積；t表示反應(yīng)至t時(shí)刻放出的O2的體積；則由（）式可看出：定溫定壓下反

5、應(yīng)產(chǎn)生的O2的體積t與被消耗的H2O2的濃度成正比，而則與H2O2的初始濃度成正比，且兩者比例系數(shù)為定值，則：c。；c（-t）。代入（）式可得：ln（-t）/=kt        （）ln（-t）=kt ln                   （）（其中可以通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

6、量筒量10mL蒸餾水和用吸量管吸取5mL 0.1mol·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0.00mL（即）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H2O2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

7、搖勻。（注：反應(yīng)器必須與量氣管相通）（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，812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55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，記為水浴。它與的差值即為。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理1、室溫 26.0 ；   氣壓  100.90Kpa  ；     34.80mL 關(guān)于t、1/t、t、（-t）和ln（-t）的數(shù)據(jù)表：

8、t/s1/t /s-1t/ mL（-t）/ mLln（-t）2344.27×1033.2231.583.453782.65×1036.8427.963.335012.00×10310.8223.983.186611.51×10314.0020.803.038561.17×10317.2417.562.8712100.83×10320.9213.882.6314420.69×10324.6510.152.3217430.57×10328.286.521.8723420.43×10331.603.201.16

9、2、以t對(duì)1/t作圖，外推至1/t=0，得截距即為。將其與實(shí)驗(yàn)值比較，并簡單討論之。討論：外推可得=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ln（-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)）。解：斜率m=（3.002.71）÷（1000738）=0.29÷2621.10×103故k=m=1.10×1034、計(jì)算H2O2的分解反應(yīng)的半衰期。解：t1/2=ln2/k=0.

10、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 ln（-t）圖可以看出，反應(yīng)前段時(shí)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

11、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、用數(shù)據(jù)可以計(jì)算H2O2的初始濃度c0，如用KMnO4溶液滴定H2O2溶液，求得H2O2的初始濃度c0，再由c0計(jì)算是否可以？    答：可以；    因?yàn)镵MnO4溶液滴定H2O2溶液時(shí)，有以下關(guān)系式：2 MnO45 H2O25 O2；當(dāng)知道滴定KMnO4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c0；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)理想氣體方程：PV=nRT，求得V（即）。