量氣法測(cè)定過(guò)氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)

1、實(shí)驗(yàn) 量氣法測(cè)定過(guò)氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)使用量氣法研究過(guò)氧化氫的分解反應(yīng)2. 了解一級(jí)反應(yīng)的特點(diǎn)，掌握用圖解計(jì)算法求反應(yīng)速率常數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)原理H2O2在室溫下，沒有催化劑存在時(shí)，分解反應(yīng)進(jìn)行得很慢，但加入催化劑（如Pt、Ag、MnO2、碘化物）時(shí)能促使其較快分解，分解反應(yīng)按下式進(jìn)行： (C2-1)在催化劑KI作用下，H2O2分解反應(yīng)的機(jī)理為： (C2-2) (C2-3)整個(gè)分解反應(yīng)的速度由慢反應(yīng)(C2-2)決定： (C2-4)式中c表示各物質(zhì)的濃度(molL-1)，t為反應(yīng)時(shí)間(s)，為反應(yīng)速率常數(shù)，它的大小僅決定于溫度。在反應(yīng)中作為催化劑的KI的濃度保持不變，令，則

2、 (C2-5) 式中k1為表觀反應(yīng)速率常數(shù)。此式表明，反應(yīng)速率與H2O2濃度的一次方成正比，故稱為一級(jí)反應(yīng)。將上式積分得： (C2-5)式中c0、ct分別為反應(yīng)物過(guò)氧化氫在起始時(shí)刻和t時(shí)刻的濃度。反應(yīng)半衰期為： (C2-6)由反應(yīng)方程式可知，在常溫下，H2O2分解的反應(yīng)速度與氧氣析出的速度成正比。析出的氧氣體積可由量氣管測(cè)量。令V表示H2O2全部分解所放出的O2體積，Vt表示H2O2在t時(shí)刻放出的O2體積，則。將該關(guān)系式帶入(C2-5)，得到 (C2-7)本實(shí)驗(yàn)采用靜態(tài)法測(cè)定H2O2分解反應(yīng)速率常數(shù)，實(shí)驗(yàn)裝置見圖C2-1。三、儀器和試劑1試劑序號(hào)名稱純度/規(guī)格濃度1H2O2溶液化學(xué)純0.35

3、%（準(zhǔn)確濃度待標(biāo)定）2KI(s)A.R.分子量Mr= 166.00 gmol-13H2SO4溶液化學(xué)純3 molL-14KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液A.R.0.02260 molL-15蒸餾水6凡士林7紙巾2儀器序號(hào)儀器名稱型號(hào)數(shù)量備注1H2O2分解反應(yīng)速率測(cè)量裝置1見圖C2-12電子天平AB204-N2公用3福廷式氣壓計(jì)1公用4水銀溫度計(jì)分度值0.1 oC2公用5秒表16茄形瓶100 mL37移液管10 mL，25 mL18酸式滴定管50 mL19量筒25 mL110錐形瓶150 mL311塑料蓋312鑷子113磁攪拌子1圖C2-1 H2O2分解反應(yīng)速率測(cè)量裝置1.電磁攪拌；2.茄形瓶；3.磨口塞；4

4、.活塞；5.量氣管；6.水準(zhǔn)瓶；7.塑料蓋四實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)1. 借助于實(shí)驗(yàn)裝置和試劑，如何能獲得用KI作催化劑時(shí)H2O2分解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k1？ 2. 令，若要進(jìn)一步驗(yàn)證該反應(yīng)對(duì)KI確實(shí)為一級(jí)反應(yīng)，即=1，并要獲得該反應(yīng)的速率常數(shù)，在目前的實(shí)驗(yàn)條件還要如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)？請(qǐng)寫出實(shí)驗(yàn)思路并完成實(shí)驗(yàn)。3. 化學(xué)反應(yīng)速率取決于許多因素，如反應(yīng)物的濃度、攪拌速度、溫度、催化劑等。除碘化物外，能加速H2O2分解的催化劑還有Pt、Ag、MnO2、Fe等等。在實(shí)驗(yàn)時(shí)間允許的范圍內(nèi)，可改變實(shí)驗(yàn)條件，考察其他條件對(duì)H2O2分解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù)k1的影響，進(jìn)一步豐富該實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 五、實(shí)驗(yàn)步驟1H

5、2O2分解反應(yīng)速率測(cè)量裝置見圖C2-1。用移液管移取25 mL濃度約為0.35 %的H2O2溶液放入茄形瓶中，加入磁攪拌子。用電子天平準(zhǔn)確稱量50 mg左右的KI(s)放入到小塑料蓋內(nèi)，再用鑷子將其小心放入到盛有H2O2溶液的茄形瓶中，讓蓋子漂浮在液面上，不能讓H2O2接觸到KI(s)。 2試漏。旋轉(zhuǎn)活塞4使量氣管與大氣相通，舉高水準(zhǔn)瓶，使液體充滿量氣管。然后旋緊磨口塞3，通過(guò)反復(fù)調(diào)整水準(zhǔn)瓶和活塞4到合適的位置，讓反應(yīng)體系和量氣管相通而與大氣隔絕的情況下，量氣管內(nèi)液面的位置在刻度1.00附近。讀取量氣管液面對(duì)應(yīng)的讀數(shù)。然后把水準(zhǔn)瓶放在較低的位置，若量氣管中的液面僅在初始有下降，而在隨后2 mi

6、n內(nèi)保持不變，表示系統(tǒng)不漏氣；否則應(yīng)找出系統(tǒng)漏氣的原因，并設(shè)法排除之。注意：讀取量氣管讀數(shù)時(shí)務(wù)必使水準(zhǔn)瓶?jī)?nèi)液面和量氣管內(nèi)液面處于同一水平。提示：系統(tǒng)漏氣多發(fā)生在茄形瓶磨口塞處，可涂抹凡士林或真空脂。3用手搖動(dòng)茄形瓶，使塑料蓋中的KI(s)與H2O2充分混合，記錄反應(yīng)起始時(shí)間，同時(shí)開啟電磁攪拌開關(guān)，調(diào)節(jié)攪拌速度至中檔。4每隔一定時(shí)間讀取量氣管內(nèi)液面所對(duì)應(yīng)的刻度一次，直至反應(yīng)進(jìn)行到10 min 12 min左右，記錄的實(shí)驗(yàn)點(diǎn)有78個(gè)即可結(jié)束本次實(shí)驗(yàn)。為避免量氣管內(nèi)因氣壓增大而漏氣，在液面下降的同時(shí)，應(yīng)慢慢移動(dòng)水準(zhǔn)瓶，使兩液面大致保持在同一水平面，直至反應(yīng)結(jié)束。5改變催化劑KI(s)的量分別為100

7、 mg和150 mg左右重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)。6過(guò)氧化氫的準(zhǔn)確濃度的標(biāo)定。移取H2O2溶液10 mL置于150 mL錐形瓶中，加入10 mL 3 molL-1 H2SO4溶液，用0.02260 molL-1 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡粉紅色，讀取消耗KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。重復(fù)三次，取平均值。六數(shù)據(jù)處理1實(shí)驗(yàn)中V可用化學(xué)分析法測(cè)定。先在酸性溶液中用KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定求出過(guò)氧化氫的起始濃度，滴定反應(yīng)為：再求所用過(guò)氧化氫按式(C2-1)完全分解時(shí)產(chǎn)生O2的摩爾數(shù)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程就可以計(jì)算出V，即 (C2-8)式中：p大氣為大氣壓，為實(shí)驗(yàn)溫度下水的飽和蒸汽壓；T為實(shí)驗(yàn)溫度；R為氣體常數(shù)。嚴(yán)格地

8、講，用含水量氣管測(cè)量氣體體積時(shí)，都包含著水蒸氣的分體積。若在某溫度時(shí)，水蒸氣已達(dá)飽和，則Vt應(yīng)按下式計(jì)算：2福廷式氣壓計(jì)讀數(shù)的校正（壓力計(jì)在218房間）氣壓計(jì)的校正公式為： (C2-9)式中，pt為氣壓計(jì)的讀數(shù)，Dt為溫度校正項(xiàng)，D為重力加速度及氣壓計(jì)本身的誤差校正項(xiàng)。本實(shí)驗(yàn)使用的福廷式氣壓計(jì)D = 0。溫度校正項(xiàng)Dt為： (C2-10)已知在035時(shí)，汞的平均體膨脹系數(shù)b 0.0001815 oC-1，黃銅的平均線膨脹系數(shù)為a 0.0000184 oC-1。3水的飽和蒸氣壓（/Pa）與溫度的關(guān)系溫度/ oC0.00.20.40.60.8232808.832842.962877.492912.422947.75242983.353019.483056.013092.803129.37253167.203204.933243.193281.993321.32263360.913400.913441.313481.973523.27273564.903607.033649.563629.493735.82283779.553823.673868.343913.533959.26294005.394051.924098.984146.584194.44摘自：印永嘉主編. 物理化學(xué)簡(jiǎn)明手冊(cè).