實驗十八 過氧化氫催化分解

實驗十八過氧化氫催化分解【目的要求】測定Ｈ2O2催化分解的反應速率常數(shù)；了解催化劑對反應速率的影響?！緦嶒炘怼克^催化劑是指能改變反應速率而自身在反應前后的數(shù)量和化學性質都不發(fā)生變化的物質。催化劑改變反應速率的作用叫催化作用。有催化劑參與的化學反應稱為催化反應。常溫常壓下，在沒有催化劑存在時，Ｈ2O2分解反應進行得很慢，但是使用催化劑后可以顯著提高過氧化氫分解的反應速率。Ｈ2O2的分解反應如下：某些催化劑可以明顯地加速Ｈ2O2的分解，如Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物，本實驗用KI作催化劑，由于反應是在均勻相（溶液）中進行，故稱為均相催化反應。該反應的反應機理是：（慢）（快）由于第一步的反應速率要比第二步慢得多，所以整個分解反應的速率取決于第一步，如果反應速率用單位時間內Ｈ2O2濃度的減少表示，則它與KI和Ｈ2O2的濃度成正比：式中，表示各物質的濃度（mol·L-1），t為反應時間，為反應速率常數(shù)（單位為：濃度-1·時間-1），其大小與溫度、介質及操作條件如攪拌速度等有關，表示的是反應物濃度為單位濃度時體系的反應速率，故其值與反應組分的濃度無關。由于催化劑在反應前后的濃度是不變的，即可視為常數(shù)，則：此時，反應的速率與反應物濃度的1 次方成正比，為一級反應。式中為表觀反應速率常數(shù)，其單位為時間-1，其值除與溫度等有關以外，還與催化劑的濃度有關。上式表明Ｈ2O2的分解反應為一級反應。將上式積分可得：（18.1）式中，為反應開始時Ｈ2O2的濃度，是反應到某一時刻Ｈ2O2的濃度。在Ｈ2O2分解過程中，t時刻Ｈ2O2的濃度可以通過測量在相應的時間內反應放出的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)在相應時間內分解放出氧氣的體積可得出t時刻Ｈ2O2的濃度。用表示Ｈ2O2全部分解時產生的O2體積，表示在t時刻Ｈ2O2分解放出的O2體積，當使用的Ｈ2O2的體積一定時，則有：或或式中f為比例系數(shù)。將上面的關系式代入(18.1)式得：（18.2）（18.3）以對時間t作圖得一直線，從直線的斜率即可求出（表觀）反應速率常數(shù)k?？梢杂蓪嶒炈玫模?O2體積及濃度算出。標定Ｈ2O2濃度的方法如下：按其分解反應的化學方程式可知1molＨ2O2放出0.5molO2，在酸性溶液中以高錳酸鉀標準溶液滴定，求出，就可以算出。(18.4)(18.5)【儀器與試劑】磁力攪拌器1臺；過氧化氫分解實驗玻璃儀器一套；150mL磨口錐形瓶1個；25mL刻度移液管2支；10mL量筒2個；秒表1塊。Ｈ2O2溶液；KI溶液（0.1mol·L-1、0.2mol·L-1），KMnO4標準溶液；H2SO4（3mol·L-1）?！緦嶒灢襟E】圖II-18-1過氧化氫分解實驗裝置圖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過氧化氫分解實驗裝置圖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，此時活塞處在三通狀態(tài)，左右兩液面在零點處相平。打開攪拌，調節(jié)適當?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，同時將活塞打到兩通，并開始計時。此時Ｈ2O2開始分解，可以觀察到量氣管內液面下降，應緩慢放開止水夾，使左右兩量氣管液面同時下降，然后每下降5mL左右記錄時間及相應的氣體體積數(shù)，直至量氣管液面降至40mL時為止。用0.2mol·L-1的KI重復以上操作。測定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，用標準KMnO4溶液滴定至淡紅色?！咀⒁馐马棥繉嶒灂r攪拌速度調好后要保持不變。加入KI后要迅速將三通轉為兩通，防止氧氣外漏。時間要連續(xù)記錄。記錄實驗溫度和大氣壓。【數(shù)據(jù)記錄與處理】自行設計實驗數(shù)據(jù)記錄表，記錄原始數(shù)據(jù)并填入演算結果。以對t作圖，由直線