实验十五 过氧化氢催化分解
2.3 动力学部分
实验十五 1 目的要求
(1) 测定过氧化氢分解的反应速度常数。
(2) 了解用体积法研究动力学的基本原理。
(3) 了解实验测定活化能E的原理和方法。
2
过氧化氢在没有催化剂时,分解反应进行得很慢,加入催化剂时能促进其分解。过氧化
氢分解的化学计量式如下:
HO?HO+1/2O 2222
很多物质都能对这一反应起催化作用,如铂、银、铅、二氧化锰、三氯化铁以及三氯化
铁和氯化铜的混合物等。本实验是以三氯化铁和氯化铜混合物作催化剂,研究HO分解反应22的动力学。其中CuCl是助催化剂,单独使用它,并不能催化该反应。 2
在本实验条件下,过氧化氢的分解是一级反应。若 以 a
表
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示HO的起始浓度,x表示22在时刻 t 时已经分解掉的HO的浓度,则所剩余的HO的浓度为(a-x),于是有: 2222
dx ,k(a,x)1dt
积分上式: ln(a-x)= -kt + lna 1
式中k为反应速率常数,它的大小表征着反应速率的快慢。lna为积分常数,可由t=0,x1
这一边界条件得出。
在HO的催化分解中,t 时刻HO的浓度C可通过测量在相应的时间内分解放出的氧气的2222t
体积得出。因分解过程中放出氧气的体积与分解了的HO的浓度成正比,其比例常数为定值。.22
令V表示HO全部分解放出的氧气体积,V表示HO在 t 时刻分解放出的氧气的体积,则: ? 22t 22
C?V; C?(V-V 0 ?t?t
式中,C、C分别代表HO在t = 0 和 t =t 时的浓度。将上面关系式代入一级反应速率方0t22
程的定积分表达式,则有:
CV,Vkt tt,1,,,lglgCV2.3030,
或者 lg(V-V) = - kt/2.303 + lgV ?t1?
根据上式,如果以lg(V-V)对t作图得一直线,即可验证该反应是一级反应。此时由直线的斜?t
率可求出反应速率常数k。 1
体积法是研究化学反应动力学的基本方法之一。只要反应过程中体系的体积发生明显的
变化,一般都可用这种方法研究该反应的动力学。
3 仪器试剂
恒温槽 1套;秒表 1只;
--1-11-1混合液 0.05mol?L-0.005mol?LCuCl-0.4mol?LHCl;0.2mol ?LHO 32224
(1) 实验装置图如图2.15.1所示。
实验前需检查测量系统是否漏气,为此,打开活塞A,拔开塞子B,提高水准瓶C,使量气管D内的水面升至上部,关闭活塞A,把水准瓶放在桌面上。塞紧塞子B,打开活塞A,任水面自由下落,若降至某一位置保持静止,则证明系统不漏气,即可开始实验。
(2) 拔开塞子B,打开活塞A,提高水准瓶C,使D管内的水平面升至量气管0刻度以上, 关闭A。再调节A,使D管内的水面恰在刻度0的位置。移取20mL HO溶液注入B,加入 10mL22
混合液,随即把塞子塞紧。此时HO已开始分解,不断调节活塞A,使量气管内两壁的水面22
保持相同,当气体放出速度趋于稳定后(约10min),记下D管内水平面的刻度,同时打开秒表,每5min记录一次D管内水面的位置。记录8个,10个数据。
为得到HO全部分解后的体积V,将测得8个,10个V后的试管瓶放在80?水浴中加热,22?t
并不断摇动,待反应管内不再有气泡放出为止。取出反应管,仍放回原恒温槽内恒温后,读取量气管内水面刻度,即V数值。 ?
图2.15.1 过氧化氢分解装置
5
(1)可按下列格式记录实验数据。
室温: 大气压: 恒温槽温度: V ?
时间 t,min 体积V,mL V-V /mL lg(V-V)- t?t?t
(2)以lg(V-V)为纵坐标,时间t 为横坐标作lg(V-V) — t图。由直线斜率计算分解反?t?t-1应的速率常数k,min。
6 注重事项
(1) 气体的体积受温度和压力影响较大,在实验中要保证所测得的V和V都是在相同的温度t?和压力下的数据。
(2 )要真正搞清楚动力学方程中V、V的含义,这样,在进行数据处理时就不会出现错误。 t?
7思考题
反应速率常数与哪些因素有关为什么在每次读取V或V时,一定要调整量气管两壁的t?水面相平,