实验十五 过氧化氢催化分解.docx

2.3 动力学部分实验十五 过氧化氢催化分解1目的要求口(1) 测定过氧化氢分解的反应速度常数口(2) 了解用体积法研究动力学的基本原理口(3) 了解实验测定活化能E的原理和方法口2基本原理过氧化氢在没有催化剂时，分解反应进行得很慢，加入催化剂时能促进其分解过氧化氢分解的化学计量式如下：H O O+1/2O 口2 2 2 2很多物质都能对这一反应起催化作用，如铂、银、铅、二氧化锰、三氯化铁以及三氯化 铁和氯化铜的混合物等本实验是以三氯化铁和氯化铜混合物作催化剂，研彌2O2分解反应 的动力学其中CuCl2是助催化剂，单独使用它，并不能催化该反应在本实验条件下，过氧化氢的分解是一级反应若以a表示H2O2的起始浓度，x表示 在时刻t时已经分解掉的H2O2的浓度，贝I」所剩余的H2O2的浓度为(a-x),于是有："x = k (a - x)dt 1积分上式：口 ln(a-x)= -kJ + Ina式中心为反应速率常数，它的大小表征着反应速率的快慢Ina为积分常数，可由t=0，x=0口 这一边界条件得出口在H2O2的催化分解中，t时刻H2O2的浓度Ct可通过测量在相应的时间内分解放出的氧气的 体积得出。

因分解过程中放出氧气的体积与分解了的h2o2的浓度成正比，其比例常数为定值 令V表示h2o2全部分解放出的氧气体积，匕表示H2O2在t时刻分解放出的氧气的体积，则：2 2 t 2 2口 C ； C x(V -V口)□0 g t '旳 t 7式中，c0、ct口分别代表H2O2在t = 0和t =t时的浓度将上面关系式代入一级反应速率方 程的定积分表达式，贝有：口 lgC——tC0V - V=lg〒^kt 1——2.303根据上式，如果以lg(V/Vt)对t作图得一直线，即可验证该反应是一级反应此时由直线的斜 率可求出反应速率常数k］口口 V可由两种方法得出：口OO(1) 实验得出2) 公式算出：口计算公式如下：按H2O2分解反应的化学计量式，1 mol H2O2放出l/2molO2在酸性溶液 中以KMnO4标准溶液滴定H2O2溶液，％则等于：J =MH2O2•口 VH2O2•口 只"口 E)口式中：MH2o2•口—— H2O2的起始摩尔浓度molL1；□口 nV H2O2口—— H2O2溶液的体积(m3)；口 npn——氧气的分压，即大气压减去实验温度下水的饱和蒸气压Pa)；口 nT——实验的热力学温度(K)；口 nRn——气体常数，取8.314JKi・mol-i。

由于这种方法需用KMnO4滴定H 2O2的浓度，比较麻烦，所以一般都用实验法直接获得 口 如果我们改变分解反应的温度，求得不同温度下的反应速率常数］,则根据阿仑尼乌斯 公式，有：d ln k EdT RT 2积分后可知，若以lnk对1/T作图，由斜率则可求得在该反应温度范围内的平均活化能n 体积法是研究化学反应动力学的基本方法之一只要反应过程中体系的体积发生明显的 变化，一般都可用这种方法研究该反应的动力学 n3 仪器试剂n 恒温槽 1套； n 秒表 1只；混合液 0.05mol・L-1n FeC3-0.005mol・L-1CuCl2-0.4mol・L-1HCl； 0.2mol LI H2O2口4实验步骤(1) 实验装置图如图2.15.1所示实验前需检查测量系统是否漏气，为此，打开活塞A,拔开塞子B,提高水准瓶C,使量 气管D内的水面升至上部，关闭活塞A,把水准瓶放在桌面上塞紧塞子B,打开活塞A,任 水面自!由下落，若降至某一位置保持静止，则证明系统不漏气，即可开始实验2) 拔开塞子B,打开活塞A,提高水准瓶C,使D管内的水平面升至量气管0刻度以上，关 闭A再调节A,使D管内的水面恰在刻度0的位置。

移取20mL H2O2溶液注入B,加入10mL 混合液，随即把塞子塞紧此时h2o2已开始分解，不断调节活塞A,使量气管内两壁的水面 保持相同，当气体放出速度趋于稳定后(约10min),记下D管内水平面的刻度，同时打开秒表， 每5mi n记录一次D管内水面的位置记录8个〜10个数据为得到H2O2全部分解后的体积V，将测得8个〜10个匕后的试管瓶放在80°C水浴中加热，2 2 旳 t并不断摇动，待反应管内不再有气泡放出为止取出反应管，仍放回原恒温槽内恒温后，读 取量气管内水面刻度，即V数值□□□□□□□□□□□□□□□本实验可用来求H2O2分解反应的活化能，改变反应温度，分别测定25°C、30°C、35°C、 40°C等温度下的速率常数，方法同上口5数据处理(1)可按下列格式记录实验数据室温： 大气压：口 恒温槽温 V □ =□ , M 时间t / min体积口 V /mLV“ -匕 /mLig(V"t)-(2)以1 g(Vg-Vt)为纵坐标，时间t为横坐标作lg(V/Vt) — t口图由直线斜率计算分解反 应的速率常数口 k/ min-i 口□6注重事项口(1)气体的体积受温度和压力影响较大，在实验中要保证所测得的＜和#都是在相同的温度 t和压力下的数据。

□(2 )要真正搞清楚动力学方程中Vt、V」勺含义，这样，在进行数据处理时就不会出现错误口7思考题口反应速率常数与哪些因素有关?□为什么在每次读取匕或V时，一定要调整量气管两壁的 t 旳水面相平？。