实验十八 过氧化氢催化分解
实验十八 过氧化氢催化分解 【目的要求】
1( 测定,O催化分解的反应速率常数; 22
2( 了解催化剂对反应速率的影响。
【实验原理】
所谓催化剂是指能改变反应速率而自身在反应前后的数量和化学性质都不发生变化的物质。催化剂改变反应速率的作用叫催化作用。有催化剂参与的化学反应称为催化反应。
常温常压下，在没有催化剂存在时，,O分解反应进行得很慢，但是使用催化剂后可22
以显著提高过氧化氢分解的反应速率。,O的分解反应如下: 22
1 HO,HO，O22222
某些催化剂可以明显地加速,O的分解，如Pt、Ag、MnO、FeCl、碘化物，本实验222 3用KI作催化剂，由于反应是在均匀相(溶液)中进行，故称为均相催化反应。
该反应的反应机理是:
(慢) HO，KI,HO，KIO222
1 (快) KIO,KI，O22
由于第一步的反应速率要比第二步慢得多，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,O浓度的减少
表
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示，则它与KI和,O的浓度成正比: 2222
dc(HO)22 ,,kc,c,1(HO)22(I)dt
-1k式中，表示各物质的浓度(mol?L)，t为反应时间，为反应速率常数(单位为:c1
-1-1浓度?时间)，其大小与温度、介质及操作条件如搅拌速度等有关，表示的是反应物浓度为单位浓度时体系的反应速率，故其值与反应组分的浓度无关。
c由于催化剂在反应前后的浓度是不变的，即 可视为常数，则: ,1I
dc(HO)22 ,,k,c(HO)22 dt
此时，反应的速率与反应物浓度的1 次方成正比，为一级反应。式中 为表观反应速k
-1率常数，其单位为时间，其值除与温度等有关以外，还与催化剂的浓度有关。上式表明,O的分解反应为一级反应。将上式积分可得: 22
c(HO)22 (18.1) ln,,ktc(HO)220
c式中，为反应开始时,O的浓度，是反应到某一时刻,O的浓度。 c2222(HO)(HO)22220
c在,O分解过程中，t时刻,O的浓度可以通过测量在相应的时间内反应放出2222(HO)22
的O的体积求得。这是由于分解过程中放出的氧气体积与已被分解的,O浓度成正比，比222例常数为定值。故根据在相应时间内分解放出氧气的体积可得出t时刻,O的浓度。 22
VV用表示,O全部分解时产生的O体积，表示在t时刻,O分解放出的O体积，222222t,
当使用的,O的体积一定时，则有: 22
或 c,Vc,fV(HO),(HO),222200
c,(V,V) 或 c,f(V,V)(HO),t(HO),t2222式中f为比例系数。
将上面的关系式代入(18.1)式得:
cV,V(HO),t22 (18.2) ln,ln,,ktcV(HO),220
ln(V,V),,kt，lnV (18.3) ,t,ln(V,V)以对时间t作图得一直线，从直线的斜率即可求出(表观)反应速率常数k。 ,t
V可以由实验所用的,O体积及浓度算出。 22,
标定,O浓度的方法如下: 22
5HO，2KMnO，3HSO,2MnSO，KSO，8HO，5O2242442422
按其分解反应的化学方程式可知1 mol,O放出0.5 mol O，在酸性溶液中以高锰酸钾222
cV标准溶液滴定，求出，就可以算出。 (HO),22
cV，5(KMnO)(KMnO)44c (18.4) ,，HO22V2(HO)22
c，VRT(HO)(HO)2222 (18.5) V,，,2P(O)2
P式中，为氧气的分压，即大气压减去实验温度下水的饱和蒸气压;T为实验温度(K)。 (O)2
【仪器与试剂】
磁力搅拌器1台;过氧化氢分解实验玻璃仪器一套;150 mL磨口锥形瓶1个;25 mL
刻度移液管2支;10 mL量筒2个;秒表1块。
-1-1-1,O溶液;KI 溶液(0.1 mol?L、0.2 mol?L)，KMnO标准溶液;HSO(3 mol?L)。 22424【实验步骤】
1( 仪器检漏:将磨口锥形瓶塞子塞上，举起水位瓶，把三通阀打到b位置，打开止水夹使水位升到一定高度，放下水位瓶，把三通阀打到a位置。轻开止水夹使左右两个量气管水位产生一段落差，关闭止水夹，观察水位。如果一段时间内水位没有变化，就说明系统不漏气，若发现漏气，可检查各个接口处，如果是锥形瓶瓶口漏气可采用水封。
2( 依次用移液管量取10 mL,O和10 mL,O于磨口22 2
锥形瓶中，加入搅拌子，此时活塞处在三通状态，左右两液面在零点处相平。打开搅拌，调节适当的搅拌速度，用量筒取
-110 mL浓度为0.1 mol?L的KI溶液，加入锥形瓶中，盖上塞子，同时将活塞打到两通，并开始计时。此时,O开始分解，22
可以观察到量气管内液面下降，应缓慢放开止水夹，使左右两量气管液面同时下降，然后每下降5 mL左右记录时间及相应
图II-18-1 过氧化氢分解实验装置图 的气体体积数，直至量气管液面降至40 mL时为止。
1电磁搅拌器;2磨口锥形瓶;
3三通旋塞;4,5 50 mL量气管;
6旋塞或止水夹;7水位瓶
-13( 用0.2 mol?L的KI重复以上操作。
4( 测定,O的初浓度。用移液管取5 mL,O溶液于锥形瓶中，加入10 mL浓度为3 2222
-1 mol?LHSO，用标准KMnO溶液滴定至淡红色。 244
【注意事项】
1( 实验时搅拌速度调好后要保持不变。
2( 加入KI后要迅速将三通转为两通，防止氧气外漏。
3( 时间要连续记录。
4( 记录实验温度和大气压。
【数据记录与处理】
ln(V,V)1( 自行设计实验数据
记录表
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，记录原始数据并填入演算结果。 ,t
ln(V,V)2( 以对t作图，由直线的斜率求出速率系数。 k,t
【思 考 题】
1( 在实验过程中，搅拌速度为什么要维持恒定,
2( 本实验所测反应速率常数与催化剂用量有无关系,
V3( 有无其它测定的方法? ,
4( KI在该反应中的作用是什么,KI参与反应了吗,其特点是什么,
浙公网安备 33021202002483