实验十一过氧化氢的催化分解
实验十一 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HO分解反应的反应速度常数和半衰期.并求反应活化能; 22
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、MnO、FeCl碘化物等都能加速HO分解。在催化剂KI作用下的分解反应，反应历程如下: 2322
HO+Iˉ?IOˉ+HO 222
HO+ IOˉ?HO+O+Iˉ 2222
按此历程，可推导出总反应的速度公式:
-=Kˊ[HO][ Iˉ] 22
当溶液体积不变时， [ Iˉ]是个常数，即:
-=K[HO] 22
为一级反应。
一级反应的速度公式为:
-=KC (14一1) A
式中:K为反应速度常数:C为时间t时的反应物浓度.将(14一1)式积分得: A
0lnC=-kt+lnC (14一2) AA
0式中C为反应开始时(t=0)反应物的初始浓度。 A
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)
0当C=C时，t可用t表示，即为反应的半衰期. AA1/2
t== (14一4) 1/2
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，HO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22
量气管测量。
若以V和C表示时间t时量气管的读数和HO的浓度，V表示HO完全分解时量气管的读数，则tA22f22
C?(V-V). V值可由如下两种方法求取: Aftf
(1) 外推法:以1/t为横坐标对V作图，将直线段外推至1/t=0，其截距即为V ; tf(2) 加热法:在测定若干个V的数据之后，将HO溶液加热至50,60?约15分钟，可认为HO己基本分t2222解。待完全冷却后，记下量气管的读数.即为V。 t
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?HO;0.1NKI22溶液。
四 实验步骤
(一) 配制试剂
1. HO溶液的配制: 用移液管吸取30?HO溶液5ml，置于100ml容量瓶中，冲稀至刻线，摇匀，即得实2222
验用的HO溶液。 22
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V，注意量器0管读数时一定要使水准瓶和量器管内液面保同一水平面。
(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V处，将三通活塞4旋至同外界相通位置，分别用移液管加入HO溶液、KI溶液，迅速盖紧胶塞，022
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:
33(1)20?时 10ml HO+10ml 0.1mol/dmKI (2)25?时 10ml HO+10ml 0.1 mol/dmKI 2222
33(3)30?时 10ml HO+10ml mol/dm0.1KI (4)35?时 10ml HO+10ml 0.1 mol/dmKI 2222
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V。 f
五 数据记录与处理
1. HO催化分解数据表 22
-1t/s 1/t/s V/ml t
20? 25? 30? 35?
5
10
15
20
25
30
35
-1t/s 1/t/s lg(V-V) ft
20? 25? 30? 35?
5
10
15
20
25
30
35
2. 以V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V。 tf
3. 以lg(V-V)对t作图，求直线斜率。 ft
4. 计算HO分解反应的反应速度常数K=-2.303×斜率和半衰期t=0.693/K。 1/2
5. 根据(14一5)式，以lgk为纵坐标，1/T为横坐标作图得一直线，取其斜率可求反应的活化能E。 六 思考题
1. 说明为什么可用lg(V-V),t代替lgC,t作图来求速度常数, ftA
2. 用外推法求取V.与加热法所得的V值进行比较并简单讨论之。 ft
3. 从V.计算HO溶液的初始浓度C，如用KMnO，溶液滴定HO溶液求得初始浓度C，计算V.是否f22A22Af
可以?
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