实验D-10 过氧化氢催化分解（一级反应）

实验D-10 过氧化氢催化分解（一级反应）实验D-10 过氧化氢催化分解（一级反应）实验D-10 过氧化氢催化分解(一级反应) 实验目的测定过氧化氢催化分解的反应速率常数及活化能。实验原理过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，加入催化剂则能加快其分解。过氧化氢分解化学计量式如下: 1 (1) HOHOO,，22222 HO在KI作用下催化分解按下列步骤进行: 22 KIHOKIOHO，,， (慢) (2) 222 1 (快) (3) KIOKIO,，22 由于反应(2)的速度较(3)慢得多，故整个分解反应的速度决定于反应(2)...

实验D-10 过氧化氢催化分解（一级反应）实验D-10 过氧化氢催化分解(一级反应) 实验目的测定过氧化氢催化分解的反应速率常数及活化能。实验原理过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，加入催化剂则能加快其分解。过氧化氢分解化学计量式如下: 1 (1) HOHOO,，22222 HO在KI作用下催化分解按下列步骤进行: 22 KIHOKIOHO，,， (慢) (2) 222 1 (快) (3) KIOKIO,，22 由于反应(2)的速度较(3)慢得多，故整个分解反应的速度决定于反应(2)，因而可以假定反应速度的方程式为: dCHO22 ,,kCC KIHO22dt KI在反应中是催化剂，故其浓度不变，上式可简化为 dCHO22(')kkC,',,kC KIHO22dt Ctln',,kt将上式积分得 (4) C0 式中C为H0的初始浓度,C为t时刻H0的浓度。在H0催化分解过程中，时间t H0022t222222的浓度可通过测量在相应时间内释放出的氧气体积得出。因分解过程中，放出的氧气体积与分解了的H0的摩尔数成正比，其比例常数为定值(令V 表示H0全部分解放出的氧气体22?22 积，V表示H0在t时刻分解放出的氧气体积，则: t22 VC,,VVC,,VVC,, ,0,tt,tt CVV,tt,lnln',,,kt代入(4)式，得 CV0, ln()'lnVVktV,,,，即: (5) ,,t 以ln (V一V)对t作图为一直线，即可验证是一级反应，由直线的斜率(它应等于-k')?t 就可求出反应速率常数k’。 V可用两种方法测量。一种是由H0的初浓度及体积计算出。但由于H0会不断分解，?2222真实浓度常常和溶液瓶标签上的值不符合，故应在实验前用高猛酸钾标定。另一种方法是:反应测量结束(实际上未完全)后把反应瓶放在60?左右热水浴上加热使反应完全，测量放出的全部氧气体积V 。 ? 测定不同温度下速度常数k’，根据阿累尼乌斯公式: kkCkEa'11111KI lnlnln[],,,,,kkCkRTT'22212KI 因为在实验中两个温度的催化剂浓度相同，上式中 k’,k’= k,k。根据上式就可l2l2求得反应的活化能 Ea 。实验装置见图D10-1. 图D10-1 过氧化氢催化分解仪器与药品恒温槽一套，反应瓶，茄形瓶各两个。反应气体体积测量装置(见图D11-1)一套，温度计一支，600 m1大烧杯一个。 32,H0水溶液，0.1 mol/dm KI水溶液。凡士林少许。 22 实验步骤 1.按图所示，把反应瓶浸入恒温槽中，恒温槽控制温度在30??0(1? 32.在茄形瓶中加入10m1 2,H0水溶液，在反应瓶中加入20m1水，10m1 0.1mol/dm KI水22 溶液，如图装好仪器，为防止漏气，可在磨口部分先涂上少许凡土林。 3.试漏:把三通旋塞转向系统(即反应瓶)，打开橡皮管夹子，举高(或举低)水准瓶，使a,b两管有一定的液位差。若刻度管中液面上升(或降低)到某高度后不再上升(a，b两管中液面有一定差值)表示不漏气，反之，若漏气则刻度管中液面会不断上升(或下降)，直至a，b两管液面相平。若漏气应找到原因(一般在玻璃磨口处或橡皮管接口处)，消除漏气后方能进行下一步实验。 4.把三通旋塞转向通大气，缓缓举高水准瓶打开夹子使二管液面在零刻度处 (即刻度管和三通旋塞连接处稍下一点的地方)。注意:调节前应先将反应瓶在恒温槽中恒温数分钟。 5.把三通旋塞转向与系统接通，把水准瓶固定在低于刻度管的位置，打开橡皮管夹子，使a管中液面位于比刻度管b管低5—7 ml处，夹好夹子，把茄形瓶小心转向朝上以便让H022流入反应瓶，同时按下停表开始记录时间，在整个反应时间内停表连续运转记时。用手指握住反应瓶瓶颈(不可握住瓶身以免影响瓶内温度)保持在恒温槽内均匀摇动(反应瓶不能离开恒温槽液面)。当a，b两管液面相平时，读取时间和刻度管中液面刻度t和v;再打开夹11子，使a管中液面再下降5?7ml左右，同法测定液面相平时时间和刻度t，v;同法直至22做到b管中液面接近50ml处(如45m1)最后一实验点t，v。读数完毕将旋塞立即转向通大nn 气。 6.调节b管中液面在零刻度处(同第4步)，再将旋塞转向通系统。把水准瓶放在低处(同第5步)，打开夹子使a管中液面下降约25m1左右 (即a管液面位于 b管中25ml左右刻度处)。把反应瓶从恒温槽中取出，放到60?左右的热水浴中(预先用大烧杯准备好)注意水温不可高于70?，否则水的饱和蒸气压太大引入误差大，而且蒸气在玻璃管中凝结使气体流出不通畅。用手按住反应瓶和塞子浸入热水中(防止反应太剧烈使瓶内压力增高而将盖子冲开而实验失败)，若a管和b管液面相平了，则打开夹子把a管中液面再放低点。(但不可太低以防产生的气体压力太高冲过水封跑出)。加热十五分钟后将反应瓶放回恒温槽中，位置固定好。恒温后把水准瓶举起，注意打开橡皮管夹子，仅调节水准瓶高低，使a管和b管液面相平，记下此时体积V’，此读数加上第5步中最后一个读数V就是V，洗净反应瓶和茄形瓶，n? 注意磨口处凡士林一定要用滤纸擦干净，才能放入烘箱中烘干。 7.把停表复零，恒温槽调节到35??0.1?，同法测定35?时反应速率常数 k’。实验数据处理 30? 时间t(分) V’, i 体积V(ml) V , ?i 35? 时间 t(分) V’, i 体积 V(ml) V, ?i 30?速率常数k', 1,min;35?速率常数k', 1,min。 (1)以ln (V—V)为纵坐标，t为横坐标作图分别求得30?和35?时反应速率常数(单?t—1位:1,[时间]);若时间单位用分则速度常数单位为分)。 (2)用式(6)求反应活化能。思考题 1(反应过程中为什么要均匀摇动?摇动快慢对结果有无影响? 2(反应过程中，有时发现溶液变成淡黄色，说明什么问题? 3(实验开始读数之前事实上已分解放走一部分氧气，所以最后得到的V。实际上比真正的要小，这是否会影响实验结果? 参考资料: [1]罗澄源等,物理化学实验,P132,人民教育出版社.(1979) [2]复旦大学等,物理化学实验( 上册 ),P117,高等教育出版社.

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