2022年量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数 .pdf

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1、第 1 页 共 5 页实验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数一、实验目的1.学习使用量气法研究过氧化氢的分解反应2.了解一级反应的特点，掌握用图解计算法求反应速率常数。二、实验原理H2O2在室温下，没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，但加入催化剂如 Pt、Ag、MnO2、碘化物时能促使其较快分解，分解反应按下式进行：H2O2H2O+12O2(C2-1) 在催化剂 KI作用下， H2O2分解反应的机理为：H2O2H2O+ KIKIO（慢）(C2-2)KIOKI+12O2（快）(C2-3) 整个分解反应的速度由慢反应(C2-2)决定：222222OHKIOHOHcckdtdc(C2-4)式

2、中c表示各物质的浓度 (mol?L-1)，t为反应时间 (s)，22OHk为反应速率常数， 它的大小仅决定于温度。在反应中作为催化剂的 KI的浓度保持不变，令KIOH122ckk，则2222OH1OHckdtdc(C2-5) 式中k1为表观反应速率常数。此式说明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。将上式积分得：01lnlnctkct(C2-5) 式中c0、ct分别为反应物过氧化氢在起始时刻和t时刻的浓度。反应半衰期为：112/1693.02lnkkt(C2-6)由反应方程式可知，在常温下，H2O2分解的反应速度与氧气析出的速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。令V表示H

3、2O2全部分解所放出的 O2体积，Vt表示H2O2在t时刻放出的 O2体积，则)(ttVVc。将该关系式带入 (C2-5)，得到VtkVVtln)ln(1(C2-7)精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 5 页第 2 页 共 5 页本实验采用静态法测定 H2O2分解反应速率常数，实验装置见图C2-1。三、仪器和试剂1试剂序号名称纯度/ 规格浓度1 H2O2溶液化学纯0.35 %准确浓度待标定2 KI(s) A.R. 分子量 Mr= 166.00 gmol-13 H2SO4溶液化学纯3 mol L-14 KMnO4标准溶液A.R

4、.mol L-15 蒸馏水6 凡士林7 纸巾2仪器序号仪器名称型号数量备注1 H2O2分解反应速率测量装置1 见图C2-12 电子天平AB204-N2 公用3 福廷式气压计1 公用4 水银温度计分度值 0.1 oC 2 公用5 秒表1 6 茄形瓶100 mL 3 7 移液管10 mL，25 mL 1 8 酸式滴定管50 mL 1 9 量筒25 mL 1 10 锥形瓶150 mL 3 11 塑料盖3 12 镊子1 13 磁搅拌子1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 5 页第 3 页 共 5 页图C2-1 H2O2分解反应速率

5、测量装置四实验方法和实验条件的设计1. 借助于实验装置和试剂， 如何能获得用 KI作催化剂时 H2O2分解反应的表观反应速率常数k1？2. 令KIOH122ckk，假设要进一步验证该反应对KI 确实为一级反应，即 =1 ，并要获得该反应的速率常数22OHk，在目前的实验条件还要如何设计实验？请写出实验思路并完成实验。3. 化学反应速率取决于许多因素，如反应物的浓度、搅拌速度、温度、催化剂等。除碘化物外，能加速 H2O2分解的催化剂还有 Pt、Ag、MnO2、Fe等等。在实验时间允许的范围内，可改变实验条件，考察其他条件对H2O2分解反应的表观反应速率常数k1的影响，进一步丰富该实验内容。精选学

6、习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 5 页第 4 页 共 5 页五、实验步骤1H2O2分解反应速率测量装置见图C2-1。用移液管移取 25 mL浓度约为 0.35 %的H2O2溶液放入茄形瓶中，加入磁搅拌子。用电子天平准确称量50 mg左右的 KI(s)放入到小塑料盖内，再用镊子将其小心放入到盛有H2O2溶液的茄形瓶中，让盖子漂浮在液面上，不能让H2O2接触到KI(s)。2试漏。旋转活塞 4使量气管与大气相通，举高水准瓶，使液体充满量气管。然后旋紧磨口塞3，通过反复调整水准瓶和活塞4到合适的位置，让反应体系和量气管相通而与大气隔绝

7、的情况下附近。读取量气管液面对应的读数。然后把水准瓶放在较低的位置，假设量气管中的液面仅在初始有下降，而在随后2 min内保持不变，表示系统不漏气；否则应找出系统漏气的原因，并设法排除之。注意：读取量气管读数时务必使水准瓶内液面和量气管内液面处于同一水平。提示：系统漏气多发生在茄形瓶磨口塞处，可涂抹凡士林或真空脂。3用手摇动茄形瓶，使塑料盖中的KI(s)与H2O2充分混合，记录反应起始时间，同时开启电磁搅拌开关，调节搅拌速度至中档。4每隔一定时间读取量气管内液面所对应的刻度一次，直至反应进行到10 min 12 min左右，记录的实验点有 78个即可结束本次实验。为防止量气管内因气压增大而漏气

8、，在液面下降的同时，应慢慢移动水准瓶，使两液面大致保持在同一水平面，直至反应结束。5改变催化剂 KI(s)的量分别为 100 mg和150 mg左右重复上面的实验。6过氧化氢的准确浓度的标定。移取H2O2溶液10 mL置于150 mL锥形瓶中，加入 10 mL 3 mol L-1 H2SO4溶液，用mol L-1 KMnO4标准溶液滴定至淡粉红色，读取消耗KMnO4标准溶液的体积。重复三次，取平均值。六数据处理1实验中 V可用化学分析法测定。先在酸性溶液中用KMnO4标准溶液滴定求出过氧化氢的起始浓度，滴定反应为：2MnO4-6H+ 5H2O22Mn2+ 5O2+8H2O再求所用过氧化氢按式

9、(C2-1)完全分解时产生 O2的摩尔数，根据理想气体状态方程就可以计算出 V，即*OHO22ppRTnV大气(C2-8) 式中： p大气为大气压，*OH2p为实验温度下水的饱和蒸汽压；T为实验温度； R为气体常数。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 5 页第 5 页 共 5 页严格地讲，用含水量气管测量气体体积时，都包含着水蒸气的分体积。假设在某温度时，水蒸气已达饱和，则 Vt应按下式计算：)1 (*,2大气测量ppVVOHtt2福廷式气压计读数的校正压力计在218房间气压计的校正公式为：ttpp大气(C2-9)式中， p

10、t为气压计的读数，t为温度校正项，为重力加速度及气压计本身的误差校正项。本实验使用的福廷式气压计 = 0。温度校正项t为：ttptt1)(C2-10)已知在 035时，汞的平均体膨胀系数0.0001815 oC-1，黄铜的平均线膨胀系数为0.0000184 oC-1。3水的饱和蒸气压*OH2p/ Pa与温度的关系温度/ oC 23 24 25 26 27 28 29 摘自：印永嘉主编. 物理化学简明手册. 北京：高等教育出版社，1988： 132。七思考题1假设实验在开始测量时，已经先放掉了一部分氧气，这样做对实验结果有没有影响？为什么？2读取 O2体积时，为什么要使水准瓶内液面和量气管内液面处于同一水平？。3. 反应中 KI起催化作用，它的浓度与实验测得的表观反应速率常数k1的关系如何？精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 5 页