過氧化氫分解速率常數(shù)的測定

1、過氧化氫分解速率常數(shù)的測定Determination of H2O2 Decomposition  Rate Constant 一  實驗?zāi)康募耙?.   熟悉一級反應(yīng)的特點 2.   測定過氧化氫分解反應(yīng)的速率常數(shù)和級數(shù)3.   了解各種因素對反應(yīng)速率的影響4.   用圖解法求過氧化氫分解反應(yīng)的速率常數(shù) 二  實驗原理凡是反應(yīng)速度只是與反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反

2、應(yīng)稱為一級反應(yīng)。實驗證明.過氧化氫分解的反應(yīng)為          如果該反應(yīng)屬于一級反應(yīng).則其反應(yīng)速度方程應(yīng)遵守下式：            式中：k為反應(yīng)速度常數(shù)；Ct為時間為t式的反應(yīng)物濃度。 將式（1）積分得：        式中： 為反應(yīng)開始時H2O2的濃度。   如將(2)變換.可得：&#

3、160;  該式子式是lnCtt的直線方程。反應(yīng)進行過程中.測定不同時刻t時反應(yīng)系統(tǒng)中H2O2的濃度Ct.取得若干組Ct .t數(shù)據(jù)后.以lnCt對時間t作圖.可得一直線. 表明該反應(yīng)為一級反應(yīng).其斜率為反應(yīng)速度常數(shù)得負值k.截距為 。 三  實驗方法1.   實驗條件的設(shè)計：化學(xué)反應(yīng)速度取決于許多因素.例如反應(yīng)物的濃度攪拌速度反應(yīng)壓力溫度催化劑等等。某些催化劑可以明顯地加快反應(yīng)速度。能加速H2O2分解的催化劑PtAg碘化物等等。本實驗用KI作為催化劑.在靜態(tài)裝置里測定H2O2分解反應(yīng)的速度常數(shù)（實驗裝置見第三部分）。H2O2

4、在水溶液中分解釋放出氧氣的速率較慢.加入KI時.速率加快.其反應(yīng)按下面的步驟進行.即                 KI+ H2O2=KIO+H2O     (慢)                  

5、0; (1)KIO=KI+1/2O2        (快)                       (2)由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步為反應(yīng)得控制步驟。因而可以假定其反應(yīng)的速率方程式為 式中.Ct為反應(yīng)系統(tǒng)中反應(yīng)到t時刻H2O2濃度.因KI在反應(yīng)過程中濃度不變.故上式可以

6、簡化為    當(dāng)     t0時.           CtC0       tt時.           CtCt定積分式為 積分結(jié)果        lnCtktC0（5）式（5

7、）是 lnCtt的直線方程。反應(yīng)進行過程中.測定不同時刻t時反應(yīng)系統(tǒng)中H2O2的濃度 Ct .取得若干組Ct.t的數(shù)據(jù)后.以 Ct對t作圖.得一直線.表明該反應(yīng)為一級反應(yīng)（準(zhǔn)一級反應(yīng)）.直線斜率為k  。   2、V的求?。?#160;  由反應(yīng)方程式可知.在恒溫常壓下.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。在H2O2催化分解過程中t時刻H2O2的濃度可以通過測量相應(yīng)時間內(nèi)分解放出的氧氣的體積得出。放出的氧氣的體積與分解了的H2O2的量成正比.其比例系數(shù)為定值。若以Vt和Ct表示時間t時

8、量氣管的讀數(shù)和H2O2的濃度.表示H2O2完全分解時量氣管的讀數(shù).則Ct （V Vt）  ln（VVt）ktln V （6）如果以ln（VVt）對t作圖得一直線.即驗證是一級反應(yīng).由直線斜率m可求出速率常數(shù)k,mk。式（6）為ln（VVt）t的直線方程.式中V為H2O2全部分解放出的氧氣體積.反應(yīng)溫度及KI濃度一定時.它不隨時間改變。實驗過程中只需要測定反應(yīng)進行到不同時刻t時的H2O2分解放出的氧氣體積Vt（若干個數(shù)據(jù)）和反應(yīng)終了時H2O2全部分解放出氧氣體積V（一個數(shù)據(jù)）.以ln（VVt）對時間t作圖得一直線.直線斜率為mk .用作圖法可求出反應(yīng)速率常數(shù)k 。V

9、可采用如下兩種方法求?。海?）外推法  以 為橫坐標(biāo)對Vt作圖.將直線段外推至 0.其截距即為V（2）加熱法  在測定若干個Vt數(shù)據(jù)之后.將H2O2溶液加熱至5060約15分鐘.可認為H2O2以基本分解。待完全冷卻后.記下量氣管讀數(shù).即為V V也可以不測.由“數(shù)據(jù)處理”中介紹的方法求出反應(yīng)速率常數(shù)k四儀器和藥品 1.   實驗裝置一套（見下圖）                &

10、#160; 1. 電磁攪拌器          2. 錐形瓶            3.橡皮塞                        

11、0;    4.三通活塞             5.量器管             6.水位瓶                  

12、0;   5種實驗裝置優(yōu)劣比較  2.  儀器和藥品             量氣管   50ml                        &#

13、160;        一支             錐形瓶  250ml                         

14、60;       一個             水準(zhǔn)瓶                            

15、0;          一個             三通旋塞                         

16、0;           一個             電磁攪拌器                        

17、60;          一臺             移液管  10ml                        

18、;          一支             量筒    10ml                      &#

19、160;           二個             1 H2O2 ；    0.1mol/L KI溶液 五實驗步驟1. 將20ml蒸餾水和10ml 0.1 mol/l  KI溶液加入到錐形瓶中.塞緊橡膠塞。2. 試漏   如上圖裝置好儀器。旋轉(zhuǎn)三通活塞4于位置a .使系統(tǒng)

20、與外界相通.舉高水準(zhǔn)瓶.使液體充滿量氣管。然后旋轉(zhuǎn)三通活塞到b .使系統(tǒng)與外界隔絕.并把水準(zhǔn)瓶放到最低位置。如量氣管中液面在2分鐘內(nèi)保持不變.即表示系統(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。讀取量氣管內(nèi)初始氣體體積V0注意量氣管讀數(shù)時一定要使水準(zhǔn)瓶和量氣管內(nèi)液面保持同一水平面。3. 打開橡膠塞.舉起水準(zhǔn)瓶.使量氣管內(nèi)液面位于零刻度處.啟動電磁攪拌。把0.5ml 1H2O2與10ml蒸餾水混合.然后將其倒入錐形瓶中.迅速塞緊橡膠塞。再塞緊膠塞的同時.記下反應(yīng)時間。4. 反應(yīng)開始后每隔2分鐘讀取量氣管讀數(shù)一次.20分鐘后.每隔5分鐘讀取一次.直到量氣管讀數(shù)約為50ml時.實驗結(jié)束。5.

21、將錐形瓶加熱至50-60 .并保持大約15分鐘。再將其冷卻至室溫.讀取量氣管氣體體積.即V6.實驗完成后.將錐形瓶反應(yīng)器、量筒、移液管用蒸餾水洗凈.搞好實驗臺衛(wèi)生。六數(shù)據(jù)處理  （1）列出t、1/t和Vt的數(shù)據(jù)表.并以Vt對1/t作圖.將直線段外推至1/t0 .取截距即為V   （3）、計算在實驗溫度下.H2O2 催化分解速率常數(shù)  k2.303m 七、實驗注意事項   對過氧化氫分解反應(yīng).影響實驗結(jié)果得主要因素有溫度、壓力、催化劑的種類和濃度（或質(zhì)量）、攪拌情況及Vt和V的測量準(zhǔn)確度。根據(jù)這些影響因素.

22、實驗中的注意事項有：  1.溫度直接影響量氣管中的氣體體積的測量值.因此除了對反應(yīng)體系恒溫外.還要對量氣管進行恒溫.恒溫精度要達到土0.1。另外和其它反應(yīng)一樣.在低溫時Vt測量間隔可以稍長.而當(dāng)反應(yīng)溫度較高時.則Vt的測量間隔應(yīng)適當(dāng)縮短.以便得到一定數(shù)量的準(zhǔn)確的Vt值。  2.本實驗因為是通過測量不同反應(yīng)時刻放出氧氣的Vt及V來求k的數(shù)值.所以需要在恒壓的條件下測量.而且要保證體系不漏氣。為便于測量和讀數(shù).可以考慮采用上文鏈接所示裝置4 的水平量氣裝置。  3.催化劑的種類和濃度對過氧化氫在水溶液中的分解反應(yīng)有較大的影響.而且對過氧化

23、氫分解反應(yīng)有催化作用的物質(zhì)很多。所以.過氧化氫溶液應(yīng)新鮮配制而且最好是采用二次蒸餾水來配制。另外.所用催化刑的濃度(或質(zhì)量)應(yīng)準(zhǔn)確.以便和文獻值進行對比。  4.表觀速率常數(shù)k的準(zhǔn)確度直接與Vt和V的測量準(zhǔn)確度有關(guān)。為保證Vt和V的測量準(zhǔn)確度.所用量氣管的內(nèi)徑和刻度應(yīng)比較均勻；另外.過氧化氫溶液的初始濃度和體積要選擇合適.使V大致在30一50ml左右。  5.攪拌對實驗也有影響。為進行比較.攪拌要適當(dāng).每次實驗的攪拌情況盡量一致。 八、實驗參考數(shù)據(jù)  1.實驗條件     溫

24、度：  20         壓力：  1.00868×105Pa     反應(yīng)體系：    （1）1H2O2溶液10ml0.2mol/L KI溶液2ml    （2）1H2O2溶液10ml0.4mol/L KI溶液2ml         下表1與表2分別表示

25、對應(yīng)于（1）和（2）的Vt與時間的關(guān)系                        表表   時間               氧氣體積  （t/min）&#

26、160;         （Vt/ml）     時間           氧氣體積    （t/min）      （Vt/ml）     0    0.00  

27、60; 0     0.00     1    1.60    1     2.60     2    3.00    2     5.60     3    4.10    3&

28、#160;    8.20     5    6.50    4    10.90     8    9.40    5    13.50    10   11.90    7    18.20

29、60;   12   14.00    10    24.20    14   16.10    13    28.80    16   17.80    15    31.50    18   19.50  

30、  17    33.60    20   20.80    18    34.60    23   23.10    20    36.40    25   24.50    22    37.80  

31、60; 28   26.20    25    39.10    30   27.50    28    41.00    35   29.90    30    41.90    40   32.10    35

32、60;   43.10    43   33.20    38    43.70    45   33.90    40    44.00       45.10        45.70     &

33、#160;        對于反應(yīng)液（1）.由作圖法求得的表觀速率常數(shù)                              K0.0311/min             對于反應(yīng)液（2）.則其K0.0805/min2.反應(yīng)體系   50ml 0.1000mol/L H2O21.5ml 1.0mol/L KI溶液. 各溫度下的表觀速率常數(shù)如下：           &