量气法测定过氧化氢催化分解

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1、量气法测定过氧化氢催化分解反应速率系数一实验目的测定H2O2分解反应的速率系数和级数，并了解一级反应的特点。二实验原理H2O2在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，若用KI溶液为催化剂，则能加速其分解。22KI22O21OHOH+→该反应的机理是：第一步)(OHKIOKIOH222慢+→+第二步)(O21KIKIO2快+→由于第一步的反应速率比第二步慢得多，所以整个分解反应的速率取决于第一步。如果反应速率用单位时间内H2O2浓度的减少表示，则它与KI和H2O2的浓度成正比：2O2HKI2O2H2O2Hddccktc=−(2-

2、40)式中c表示各物质的浓度(mol?L−1)，t为反应时间(s)，为反应速率系数，它的大小仅决定于温度。2O在反应过程中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令，则KI22OHck2O2H2O2H1ddcktc=−(2-41)式中k1为表观反应速率系数。此式表明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。积分上式得：2Hk1k=∫∫=−ttcctkcc01dd02O2H2O2Htkcct10ln−=(2-42)在一定温度与催化剂浓度下，k1为定值，所以对一级反应而言，c的值仅与t有关，而与反应物初始浓度无关。在H2O2催化分解过程

3、中，t时刻H2O2的浓度ct可通过测量在相应的时间内反应放出的O2体积求得。因为分解反应中，放出O2的体积与已分解了的H2O2浓度成正比，其比例常数为定值。令V∞表示H2O2全部分解所放出的O2体积，Vt表示H2O2在t时刻放出的O2体积，则，∞∝Vc0)(ttVVc−∞∝将上面的关系式代入式（2-89），得到tkVVVcct10tlnln−=∞−∞=(2-43)∞+−=−∞VtkVVtln)ln(1若H2O2催化分解是一级反应，则以对t作图应得一直线。这种利用动力学方程的积分式来确定反应级数的方法称为积分法，从直线的斜率可求出表观反应速

4、率系数k)ln(tVV−∞1。如求反应的表观活化能Ea，则通过测定不同温度下反应速率系数，根据阿仑尼乌斯(Arrhennius)经验方程：CTREk+−=1lna(2-44)以lnk对作图得一直线，从其斜率−REa即可求得表观活化能Ea。三仪器与试剂仪器：超级恒温槽，移液管(5mL)，实验装置见图2-32。试剂：H2O2溶液(3%)，KI溶液(0.2mol?L−1)。0ctT1四实验步骤图2-32H2O2分解测定装置1-反应管；2-搅拌子；3-水浴夹套；4-温度计；5-磁力搅拌器；6-三通活塞；7-双连球；8-橡皮滴头(内盛肥

5、皂水)；9-量气管1.调节超级恒温槽（见本书第五章§5-1.6）的水温为25.0±0.1℃或30.0±0.1℃。2.按图2-32装好仪器。用双连球7通过三通活塞6向量气管鼓气，并压出皂膜润湿量气管内壁，以防止实验过程中皂膜破裂。3.在反应管中加入3%H2O2溶液5mL，将循环恒温水通入反应管外水浴夹套。同时在一小试管中移入0.2mol?L−1KI溶液5mL，放入恒温槽中恒温。4．在反应管内加入搅拌子，打开磁力搅拌器，调节搅拌速度，使搅拌子在反应管中转速恒定，并在量气管下部压出皂膜备用。5.把小试管中的KI溶液倒入反应管中，约1分钟后塞上反

6、应管上的橡皮塞，同时旋转活塞6使放出的氧气进入量气管。任选一时刻作为反应起始时间，同时记下量气管中皂膜位置读数Z0，以后每隔1min记录一次读数Zt，共10次。6.等分解反应基本完成后，此时反应管中没有气体放出，量气管中皂膜位置不再变化，记下量气管中皂膜位置的读数即为Z∞。五数据记录与处理1.记录反应条件（反应温度、催化剂及其浓度）并列表记录反应时间t和量气管读数Zt的对应值。2.计算V和Vt：V，V。ttZZ−=0∞∞−=ZZ0∞3.以ln(V∞－Vt)对t作图，从所得直线的斜率求表观反应速率系数k1。六思考题1.反应中KI起催化作用，

7、它的浓度与实验测得的表观反应速率系数k1的关系如何？2.实验中放出氧气的体积与已分解了的H2O2溶液浓度成正比，其比例常数是什么？试计算5mL3%H2O2溶液全部分解后放出的氧气体积（25℃，101.325kPa，设氧气为理想气体，3%H2O2溶液密度可视为1.00g?cm−3）。3.若实验在开始测定V0时，已经先放掉了一部分氧气，这样做对实验结果有没有影响？为什么？实验指导参考一、教学要点1、物理量代浓度的概念及其在H2O2分解反应中的应用（H2O2浓度与放出O2体积之间的关系）。2、动力学方程式的建立有微分法和积分法两种方法。微分法：

8、αkctc=−=ddr，这里r为反应速率，c为反应物H2O2的浓度，t为时间，α为反应级数。由此，lnckrlnlnα+=lnkln，以对作图为直线，斜率为反应级数α，截距为，即可求得反应速率