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时间:2019-05-24
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1、过氧化氢的催化分解一实验目的1.熟悉一级反应特点,了解反应浓度、温度和催化剂等因素对一级反应速度的影响;2.用静态法测H2O2分解反应的反应速度常数和半衰期.并求反应活化能;3.学会用图解法求出一级反应的反应速度常数.二实验原理凡是反应速度只与反应浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。实验证明,过氧化氢的反应机理为一级反应.化学反应速度取决于反应物的浓度、温度、反应压力、催化剂、搅拌速度等许多因素。许多催化剂如Pt、Ag、MnO2、FeCl3碘化物等都能加速H2O2分解。在催化剂KI作用下的分解反应,反应历程如下:H2O2+Iˉ→IOˉ+H2OH2O2
2、+IOˉ→H2O+O2+Iˉ按此历程,可推导出总反应的速度公式:-=Kˊ[H2O2][Iˉ]当溶液体积不变时,[Iˉ]是个常数,即:-=K[H2O2]为一级反应。一级反应的速度公式为:-=KCA(14一1)式中:K为反应速度常数:CA为时间t时的反应物浓度.将(14一1)式积分得:lnCA=-kt+lnCA0(14一2)式中CA0为反应开始时(t=0)反应物的初始浓度。从(14一2)式可见,一级反应的速度常数K与反应物的初始浓度无关。由(14一2)式变换得:ln=-kt(14一3)当CA=CA0时,t可用t1/2表示,即为反应的半衰期.t1/2==(1
3、4一4)从式(14一4)可见,在温度一定时,一级反应的半衰期应与反应的速度常数成反比,而与反应物的初始浓度无关。由反应方程式可知,在常温常压下,H2O2分解的反应速度与氧气的析出速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。若以Vt和CA表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度,Vf表示H2O2完全分解时量气管的读数,则CA∝(Vf-Vt).Vf值可由如下两种方法求取:(1)外推法:以1/t为横坐标对Vt作图,将直线段外推至1/t=0,其截距即为Vf;(2)加热法:在测定若干个Vt的数据之后,将H2O2溶液加热至50~60℃约15分钟,可认为H2O2己基本
4、分解。待完全冷却后,记下量气管的读数.即为Vt。化学反应速度随温度的提高而加快。对一般反应及某些复杂反应,温度与反应速度的定量关系由阿仑尼乌斯经验公式表达:K=Ae式中E—反应的活化能,常以KJ/mol表示;T—绝对温度,K。取对数后得:lgk=-+lgA(14一5)由实验测得不同温度下的速度常数K值。以lgk对1/T作图得一直线,由斜率可求得活化能数值。三仪器与药品超级恒温槽一台;10ml移液管2支;100ml容量瓶2个;100ml细口瓶2个;小烧杯1个;30℅H2O2;0.1NKI溶液。四实验步骤(一)配制试剂1.H2O2溶液的配制:用移液管吸取3
5、0℅H2O2溶液5ml,置于100ml容量瓶中,冲稀至刻线,摇匀,即得实验用的H2O2溶液。2.0.1NKI溶液的配制:精确称取1.66克KI置于100ml容量瓶中,冲稀至刻线,摇匀,即得实验用的0.1KI溶液。(二)试漏小心将胶塞盖紧到反应瓶上,如图(14一1)。旋转三通活塞4至与外界相通,举高水准瓶,使液体充满量器管。然后旋转三通活塞4,使系统与外界隔绝,并把水准瓶放到最低位置。如果气管中液面在2分钟内不变,即表示系统不漏气,否则应找出系统漏气原因,并设法排除之。读取量器管内初始气体体积V0,注意量器管读数时一定要使水准瓶和量器管内液面保同一水平面
6、。(三)测量过程开动并调节好超级恒温槽温度。倾斜反应瓶,贴壁轻轻放入电磁搅拌子,夹正反应瓶,举高水准瓶使液面对准刻度V0处,将三通活塞4旋至同外界相通位置,分别用移液管加入H2O2溶液、KI溶液,迅速盖紧胶塞,旋三通活塞使系统与外界隔绝,开动电磁搅拌器至低速挡,搅拌子转起后开始记时。在反应过程中,水准瓶要时时保持量气管和水准瓶两液面在同一平面上。每5分钟记录一次量气管体积,直至35分钟为止。做如下几个条件:(1)20℃时10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI(2)25℃时10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI(3)30℃时10m
7、lH2O2+10mlmol/dm30.1KI(4)35℃时10mlH2O2+10ml0.1mol/dm3KI在35℃时,读完35分钟后,将反应瓶升温至50~60℃并保持大约10分钟左右,体积不变即可再冷至室温,读取量气管气体的体积即Vf。五数据记录与处理1.H2O2催化分解数据表t/s1/t/s-1Vt/ml20℃25℃30℃35℃5101520253035t/s1/t/s-1lg(Vf-Vt)20℃25℃30℃35℃51015202530352.以Vt对1/t作图,将得到一条直线,将直线外推至1/t=0,由其截距得到Vf。3.以lg(Vf-Vt)对t
8、作图,求直线斜率。4.计算HO分解反应的反应速度常数K=-2.303×斜率和半衰期t1/2=0
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