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过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

标签：分类：药学资料

化学

实验报告

过氧化氢

反应速率常数

教育

一、 实验目的

〔1）了解过氧化氢催化分解反应速率常数的测定方法。

〔2）熟悉一级反应的特点，了解催化剂对反映速率的影响。

〔3）掌握用图解计算法求反应速率常数。

二、 实验用品

1、 仪器

玻璃反应容器1个、水准瓶1个、50mL量气管1个、超级恒温槽1套、三通活塞1个、秒表1块、10mL量筒1个、5mL吸量管2支、胶管3m。

2、 药品

质量分数为2%的H2O2溶液〔新鲜配制）、0.1mol?L-1KI溶液。

三、实验原理与技术

过氧化氢很不稳定，在常温下的分解反应式为:

H2O2—H2O+1/2O2 〔I)

在KI作用下的分解反应机理为:

H2O2+KI一KIO+H2O〔慢〕〔II〕

kio—ki+i/2o2〔快〕 〔m〕

〔I〕式是h2o2分解的速控步骤，h2o2分解反应的反应速率方程为:

dCH2O2

dCH2O2/dt=kCH2O2°CKI

〔w〕

因为C近似不变，〔w〕式可简化为:KI

dCH2O2

dCH2O2/dt=kCH2O2

〔V〕

〔其中虹皿〕。

H2O2的催化分解反应为一级反应，对〔V〕式积分可得：ln〔c/c0〕=-kt 〔

〔其中c0为H2O2的初始浓度；c为反应至t时刻H2O2的浓度；k为H2O2的催化分解反应的速率常数〕。

反应的半衰期为:

t1/2=ln2/k=0.693/k W

在等温等压条件下，在h2o2的分解反应中，氧气体积增长速率反映了h2o2的分解速率，本实验就是通过测定不同时刻放出的氧气的体积，间接地求出h2o2在相应时刻的浓度，这种方法称为物理法。

令V8表示H2O2全部分解放出的O2的体积；Vt表示反应至t时刻放出的O2的体积;则由〔I〕式可看出：

定温定压下反应产生的02的体积Vt与被消耗的H2O2的浓度成正比，而V8则与H2O2的初始浓度成正比，且两者比例系数为定值，则：C°8V8;C8〔V8-Vt）。

代入〔巧〕式可得：ln[〔V8-Vt〕/v8]=-kt 〔伽〕

—ln〔V8-vt〕=-kt+lnV8 〔IX〕

〔其中V8可以通过外推法或加热法求得1。

四、实验步骤

〔1〕组装仪器〔实验室工作人员已经装好〕。

〔2〕先用量筒量10mL蒸馏水和用吸量管吸取5mL0.1mol?L-iKI溶液注入反应器的一室；再用另一支吸量管吸取5mL质量分数为2%的H202溶液于另一室。〔注：此过程中各室的溶液都不能滴漏于另一边〕。接着，盖好瓶塞，查漏。方法如下：

水准瓶装入一定量蒸馏水，旋转三同活塞，使体系与外界相通；高举水准瓶，使量气管的水平面到达〔即V。〕刻度处，然后再旋转三通活塞，使体系与外界隔绝，水准瓶放回实验台面。2min内保持不变，则表示不漏气；否则，要找出原因，排除它。

〔3〕倾斜反应器，使KI溶液流入H2O2溶液中，立即开启秒表，混合溶液两室中反复转移3-4次，最后全部停留在一室，平稳且力度适中地摇匀。〔注：反应器必须与量气管相通〕

〔4〕每隔一定时间〔大约产生〕，分别读取量气管的读数和记下对应的时间，8-12组即可。〔注：每次水准瓶的液面与量气管的液面保持在同一水平方可读数〕

〔5〕反应器于55°C水浴中加热，至没小气泡产生〔约为20min〕，取出反应器，冷却至原温，然后读数，至相邻读数的差值不超过为止，记为V水浴。它与V。的差值即为V8。

五、实验数据记录与处理

1、室温2；气压100.90Kpa； V8_34.80mL

关于t、1/t、Vt、〔V8-Vt〕和ln〔V8-Vt〕的数据表:

t/s

1/t/s-1

vt/mL

〔V8—vt〕/

mL

In〔V8—vt〕

234

4.27X10-3

378

2.65X10-3

501

2.00X10-3

661

1.51X10-3

856

1.17X10-3

1210

0.83X10-3

1442

0.69X10-3

1743

0.57X10-3

2342

0.43X10-3

2、以Vt对1/t作图，外推至1/t=0,得截距即为V8。将其与实验值V8比较，并简单讨论之。

讨论:

外推可得v8=38.20mL

而实验值为；

由此可见外推得到的值大了一点，原因应该是后面记录的三个数值相对偏大了，而导致那段线段较陡，最终导致外推时也相对向上移动了较大的一段。

3、以ln〔v8-vt）对t作图，由直线的斜率计算反应速率常数k〔作图求斜率时，取氧气析出15%?85%之间的点）。

t-Ln.(Y—VQ图

0 5001000150020002500

t/3

解：

斜率m=〔一〕《〔1000—738〕

=—0.29^262

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