量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)(精)

1、實驗 量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)使用量氣法研究過氧化氫的分解反應(yīng)2. 了解一級反應(yīng)的特點 ,掌握用圖解計算法求反應(yīng)速率常數(shù)。 二、實驗原理H 2O 2 在室溫下 ,沒有催化劑存在時 ,分解反應(yīng)進行得很慢 , 但加入催化劑 (如Pt 、 Ag 、 MnO 2、碘化物時能促使其較快分解,分解反應(yīng)按下式進行 :H2O2H2O+2O2 (C2-1在催化劑 KI 作用下 , H 2O 2 分解反應(yīng)的機理為 :H 2O 2H 2O +KI KIO ( 慢 (C2-2KIO KI +12O2(快 (C2-3整個分解反應(yīng)的速度由慢反應(yīng)(C2-2 決定 :222222O H K

2、I O H O H c c k dt dc =- (C2-4式中 c 表示各物質(zhì)的濃度 (mol?L-1 , t 為反應(yīng)時間 (s , 22O H k 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 K I O H 122c k k ? =,則2222O H 1O H c k dtdc =-(C2-5式中 k 1 為表觀反應(yīng)速率常數(shù)。此式表明,反應(yīng)速率與 H 2O 2 濃度的一次方成正比 ,故稱為一 級反應(yīng)。將上式積分得 :01ln ln c t k c t +-= (C2-5式中 c 0、 c t 分別為反應(yīng)物過氧化氫在起始時刻和t 時刻的濃度。反

3、應(yīng)半衰期為 :112/1693. 02ln k k t =(C2-6 由反應(yīng)方程式可知 ,在常溫下 , H 2O 2 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量。令V 表示 H 2O 2 全部分解所放出的O 2 體積 , V t 表示 H 2O 2 在 t 時刻 放出的 O 2 體積 ,則 (t t V V c - 。將該關(guān)系式帶入 (C2-5,得到+-=-V t k V V t ln ln(1 (C2-7本實驗采用靜態(tài)法測定H 2 O2分解反應(yīng)速率常數(shù) ,實驗裝置見圖 C2-1。三、儀器和試劑1.試劑2.儀器圖 C2-1 H 2O 2 分解反應(yīng)速率測量裝置1. 電磁

4、攪拌 ; 2. 茄形瓶 ; 3. 磨口塞 ; 4. 活塞 ; 5. 量氣管 ; 6. 水準瓶 ; 7. 塑料蓋四.實驗方法和實驗條件的設(shè)計1. 借助于實驗裝置和試劑 , 如何能獲得用 KI 作催化劑時 H 2O 2 分解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率 常數(shù) k 1?2. 令 KI O H 122c k k ? =,若要進一步驗證該反應(yīng)對KI 確實為一級反應(yīng) ,即 =1,并要獲得該反應(yīng)的速率常數(shù) 22O H k ,在目前的實驗條件還要如何設(shè)計實驗 ?請寫出實驗思路并完成實 驗。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 H 2O 2 分解的催化劑還有

5、 Pt 、 Ag 、 MnO 2、 Fe 等等。在實驗時間允許的范圍 內(nèi),可改變實驗條件 ,考察其他條件對 H 2O 2 分解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率常數(shù) k 1 的影響 ,進一 步豐富該實驗內(nèi)容。五、實驗步驟1. H 2O 2 分解反應(yīng)速率測量裝置見圖 C2-1。用移液管移取 25 mL 濃度約為0.35 %的 H 2O 2 溶液 放入茄形瓶中 ,加入磁攪拌子。用電子天平準確稱量 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 H 2O 2 溶液的茄形瓶中 ,讓蓋子漂浮在液面上 ,不能讓 H 2O 2 接 觸到 KI(s 。2.試漏。旋轉(zhuǎn)活塞 4 使量氣管與大氣相通

6、 ,舉高水準瓶 ,使液體充滿量氣管。然后旋緊磨 口塞 3,通過反復(fù)調(diào)整水準瓶和活塞 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。讀取量氣管液面對應(yīng)的讀數(shù)。然后把 水準瓶放在較低的位置 ,若量氣管中的液面僅在初始有下降 , 而在隨后 2 min 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)時務(wù)必使水準瓶內(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.用手搖動茄形瓶 ,使塑料蓋中的 KI(s 與 H 2O 2 充分混合 ,記錄反

7、應(yīng)起始時間 , 同時開啟 電磁攪拌開關(guān) ,調(diào)節(jié)攪拌速度至中檔。4.每隔一定時間讀取量氣管內(nèi)液面所對應(yīng)的刻度一次,直至反應(yīng)進行到10 min12 min 左 右,記錄的實驗點有78 個即可結(jié)束本次實驗。為避免量氣管內(nèi)因氣壓增大而漏氣 ,在液面 下降的同時 ,應(yīng)慢慢移動水準瓶 ,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 mg和 150 mg 左右重復(fù)上面的實驗。6.過氧化氫的準確濃度的標定。移取 H 2O 2 溶液 10 mL 置于 150 mL 錐形瓶中 , 加入 10 mL 3 mol L·-1 H2SO 4 溶液 ,用 0.02

8、260 mol L·-1 KMnO4 標準溶液滴定至淡粉紅色 ,讀取消耗 KMnO 4 標準溶液的體積。重復(fù)三次 ,取平均值。六.數(shù)據(jù)處理1.實驗中 V 可用化學(xué)分析法測定。先在酸性溶液中用KMnO 4 標準溶液滴定求出過氧化氫 的起始濃度 ,滴定反應(yīng)為 :2MnO 4-6H +5H 2O 22Mn 2+5O 2+8H2O再求所用過氧化氫按式(C2-1 完全分解時產(chǎn)生O 2 的摩爾數(shù) ,根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程就可以計算出 V即,*OH O 22pp RT n V -=大氣 (C2-8式中 :p 大氣 為大氣壓 , *OH 2p 為實驗溫度下水的飽和蒸汽壓; T 為實驗溫度 ; R 為氣

9、體常數(shù)。嚴格地講 ,用含水量氣管測量氣體體積時,都包含著水蒸氣的分體積。若在某溫度時 ,水 蒸氣已達飽和 ,則 V t 應(yīng)按下式計算 :1(*, 2 大氣測量 p p V V OHt t -=2.福廷式氣壓計讀數(shù)的校正(壓力計在 218 房間氣壓計的校正公式為 :? -? -=t t p p 大氣 (C2-9式中 , p t 為氣壓計的讀數(shù) , ?t 為溫度校正項 , ? 為重力加速度及氣壓計本身的誤差校正項。 本實驗使用的福廷式氣壓計 ? = 0。溫度校正項 ?t 為:t t p tt+-=?1 ( (C2-10已知在 035時 ,汞的平均體膨脹系數(shù) =0.0001815 o C-1,黃銅的平均線膨脹系數(shù)為 =0.0000184 o C-1。3.水的飽和蒸氣壓 (*OH 2p /Pa 與溫度的關(guān)系摘自 :印永嘉主編 . 物理化學(xué)簡明手冊. 北京 :高等教育出版社 ,