一级反应 过氧化氢分解反应速率测定.doc

过氧化氢催化分解反应速率常数的测定 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 3m2、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→KIO+ H2O （慢） （Ⅱ）KIO→KI+1/2O2 （快） （Ⅲ）（Ⅱ）式是 H2O2 分解的速控步骤，H2O2 分解反应的反应速率方程为：－dcH2O2/d t=k´cH2O2·cKI （Ⅳ）因为 cKI 近似不变，（Ⅳ）式可简化为：－dcH2O2/d t=kcH2O2 （Ⅴ）（其中 k=k´cKI）。

H2O2 的催化分解反应为一级反应，对 （Ⅴ）式积分可得：ln（c/ c0）=－ kt （Ⅵ）（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 （Ⅶ）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ⅴ∞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 O2 的体积ⅴt 与被消耗的 H2O2 的浓度成正比，而ⅴ∞则与 H2O2 的初始浓度成正比，且两者比例系数为定值，则：c∝ⅴ∞；c∝（ⅴ∞-ⅴt）代入（Ⅵ）式可得：ln[（ⅴ∞-ⅴt）/ⅴ∞]=－ kt （Ⅷ）→ln（ⅴ∞-ⅴt）=－ kt ＋lnⅴ∞ （Ⅸ）（其中ⅴ∞可以通过外推法或加热法求得）。

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 5mL 0.1mol·L-1KI 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 H2O2 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，使量气管的水平面达到 0.00mL（即ⅴ０）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 3.00mLO2），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℃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 0.02mL 为止，记为ⅴ水浴。

它与ⅴ０的差值即为ⅴ∞五、实验数据记录与处理1、室温 26.0℃ ； 气压 100.90Kpa ； ⅴ∞ 34.80mL 关于 t、 1/t、 ⅴt、（ⅴ∞-ⅴt）和 ln（ⅴ∞-ⅴt）的数据表：t/s 1/t /s-1 ⅴt/ mL （ⅴ∞-ⅴt）/ mLln（ⅴ∞-ⅴt）234 4.27×10－3 3.22 31.58 3.45378 2.65×10－3 6.84 27.96 3.33501 2.00×10－3 10.82 23.98 3.18661 1.51×10－3 14.00 20.80 3.03856 1.17×10－3 17.24 17.56 2.871210 0.83×10－3 20.92 13.88 2.631442 0.69×10－3 24.65 10.15 2.321743 0.57×10－3 28.28 6.52 1.872342 0.43×10－3 31.60 3.20 1.162、以ⅴt 对 1/t 作图，外推至 1/t=0，得截距即为ⅴ∞将其与实验值ⅴ∞比较，并简单讨论之讨论：外推可得ⅴ∞=38.20 mL而实验值为 34.80mL；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（ⅴ∞-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）解：斜率 m=（3.00－2.71）÷（1000－738）=－0.29÷262≈1.10×10－3故 k=－ m=1.10×10－34、计算 H2O2 的分解反应的半衰期解：t1/2=ln2/k=0.693/k=0.693÷（1.10×10－3）≈630s七、实验分析与讨论1、开始反应的前段时间，由于反应物混合尚为均匀，反应速率较慢，而导致时间间隔较大；随着反应的进行，反应逐渐趋于稳定，而产生的氧气的量也相对均匀了很多但是我认为，前段反应时间间隔大的原因还可能是产生的部分氧气要用来填充胶管，而当我们以大约 3mL 为间隔记录数据时，实际上已反应产生比这个 3mL 偏大很多的氧气了，当然它相对就要花掉较多一点时间2、由 t —ln（ⅴ∞-ⅴt）图可以看出，反应前段时间产生约为等体积的氧气时所需的时间也大约一样；但是随着反应的进行，时间的间隔也慢慢地增大从中可知道，反应速率不仅与温度有关系，而且与反应物的浓度有关，呈正比六、思考题1、读取氧气体积时，量气管及水准瓶中水面处于同一水平面的作用何在？答：反应开始前量气管里水面所受的压力与水准瓶水面所受的压力是一样的，都是 P。

反应开始后，由于氧气的产生，水面所受的压力增大而降低读取氧气体积时，使量气管及水准瓶中水面处于同一水平面，就是继续保持内外的压力相等，有利于准确读取在 t 时刻产生氧气的体积2、用ⅴ∞数据可以计算 H2O2 的初始浓度 c0，如用 KMnO4 溶液滴定 H2O2溶液，求得 H2O2 的初始浓度 c0，再由 c0 计算ⅴ∞是否可以？ 答：可以；因为 KMnO4 溶液滴定 H2O2 溶液时，有以下关系式：2 MnO4－→5 H2O2→5 O2；当知道滴定 KMnO4 溶液的浓度和用掉的体积以及被滴定的 H2O2 溶液的体积，而先求得 c0；接着就可根据关系式求得氧气的物质的量；又因为此时可以把氧气当作理想气体，最后就可以根据理想气体方程：PV=nRT，求得 V（即ⅴ∞）3、H2O2 和 KI 溶液的初始浓度对实验结果是否有影响？应根据什么条件选择它们？答：有影响；因为ⅴ∞与 H2O2 的初始浓度 c0 成正比，而 k 又与催化剂 KI 溶液的浓度成正比，所以说它们对实验结果是有影响的应根据量气管的量程大小和反应的快慢程度来选择它们。