过氧化氢的催化分解实验
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+H2O
H2O2+ 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== (14一4)
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30?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。
(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 10ml H2O2+10ml 0.1mol/dm3KI (2)25?时 10ml H2O2+10ml 0.1
mol/dm3KI
(3)30?时 10ml H2O2+10ml mol/dm30.1KI (4)35?时 10ml H2O2+10ml 0.1
mol/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/s 1/t/s-1 Vt/ml
20? 25? 30? 35?
5
10
15
20
25
30
35
t/s 1/t/s-1 lg(Vf-Vt)
20? 25? 30? 35?
5
10
15
20
25
30
35
2. 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=0.693/K。 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(Vf-Vt),t代替lgCA,t作图来求速度常数, 2. 用外推法求取Vf.与加热法所得的Vt值进行比较并简单讨论之。 3. 从Vf.计算H2O2溶液的初始浓度CA，如用KMnO，溶液滴定H2O2溶液求得初始浓度CA，计算Vf.是否可以?
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