hx 甲酸氧化反应动力学的测定.doc

专业： 材料0802 姓名： 黄熙 学号： 3080102490 日期： 2011/04/27 地点： 化学实验室 _实验报告课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师： 陈平 成绩：_实验名称： 甲酸氧化反应动力学的测定 _一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 实验名称：甲酸氧化反应动力学的测定一、实验目的：1 用电动势法测定甲酸被溴氧化的反应动力学。2 了解化学动力学实验和数据处理的一般方法。3 加深理解反应速率方程、反应级数、速率常数、活化能等重要概念和一级反应动力学的特点、规律。二、实验原理：甲酸被溴氧化的反应的计量方程式如下：HCOOH + Br2 CO2 + 2H+ + 2Br对此反应，除反应物外，Br和H+对反应速度也有影响，严格的速率方程非常复杂。在实验中，当使Br和H+过量、保持其浓度在反应过程中近似不变时，则反应速率方程式可写成： -dBr2/dt=kHCOOHmBr2n （11-1）如果HCOOH的初始浓度比Br2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时（11-1）式可写成： -dBr2/dt=kBr2n (11-2)其中： k= kHCOOHm （11-3）只要实验测得Br2随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系k。如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个k值。k1 = k HCOOH 1m (11-4)k2= k HCOOH 2 m (11-5)联立求解式（11-4）和（11-5），即可求出反应级数m和速度常数k。本实验采用电动势法跟踪Br2浓度随时间的变化，以饱和甘汞电极（或银氯化银电极）和放在含Br2和Br的反应溶液中的铂电极组成如下电池：（一）Hg, Hg2Cl2 | Cl | Br, Br2 | Pt （）该电池的电动势是： E=E0 Br2 / Br (RT / 2F) (lnBr2 / Br2) E甘汞 （11-6）当Br很大，在反应过程中Br浓度可认为保持不变，上式可写成： E = Const. (RT / 2F) (lnBr2) (11-7) 若甲酸氧化反应对Br2为一级，则 -dBr2/dt=kBr2 (11-8)积分，得 lnBr2=Const.kt (11-9)将（11-9）式代入（11-7）式，并对t微分： k= (2F / RT)（dE/dt） (11-10)因此，以E对t作图，如果得到的是直线，则证实上述反应对Br2为一级，并可以从直线的斜率求得k。上述电池的电动势约为0.8V，而反应过程电动势的变化只30mV左右。当用自动记录仪或电子管伏特计测量电势变化时，为了提高测量精度而采用图11-1的接线法。图中用蓄电池或用电池串接1k欧姆绕线电位器，于其中分出一恒定电压与电池同极连接，使电池电势对消一部分。调整电位器，使对消后剩下约2030毫伏，因而可使测量电势变化的精度大大提高。本实验采用SunyLAB2000无纸记录仪。三、仪器与试剂：仪器SunyLAB2000无纸自动记录仪一台；超级恒温槽一套，分压接线匣；饱和甘汞电极1支；铂电极1支；磁力搅拌器1台；有恒温夹套的反应池1个；50ml移液管1支；25ml移液管1支；10ml移液管1支（公用）；5ml移液管4支（公用）；洗瓶1只；洗耳球；倾倒废液的塑料杯。试剂0.02 moldm-3溴水（本实验室是配0.0075 moldm-3溴试剂贮备液）；2.00 moldm-3 HCOOH；4.00 moldm-3HCOOH；2 moldm-3盐酸；1 moldm-3 KBr。四、实验步骤：1调节超级恒温槽至所需温度（24左右。若调到25，实际会超过25），开动循环泵，使循环水在反应池夹套中循环。2配溶液：用移液管向反应器中分别加入75ml水，10ml KBr，5ml溴试剂，再加入5ml盐酸。3装好电极和搅拌棒，并接好测量线路，开动搅拌器，使溶液在反应器内恒温，打开记录仪，当电势曲线不随时间变化时（此时溴已完全生成），取5ml 2 moldm-3甲酸溶液从小孔注入反应池，在记录仪上按停止再按开始，开始记录。记录仪上应绘出一条上升直线。上升到15以上按下停止，在电脑上保存相应数据。4甲酸浓度增大一倍（4 moldm-3），保持温度及其余组分浓度不变，重复上述步骤再测定一条Et曲线，测完后在电脑上保存。5将反应温度调至35，所加甲酸浓度仍为2 moldm-3，其余组分浓度均不变，重复上述步骤测定一条Et曲线，测完后在电脑上保存。6 实验结束后，反应池用去离子水冲洗，铂电极洗后放回原处。关闭分压器线路及其它电源。5、 数据记录及处理：序号温度/甲酸浓度/(mol/L)直线斜率(10-3)k(10-3)K(10-3)lnk1/T(10-3)124.820.0433 3.3750 1.6875 -6.4301 3.3563 224.640.1167 9.0959 2.2740 -6.0862 3.3585 334.220.1206 9.1063 4.5531 -5.2307 3.2536 有实验数据求得Ea=80.40 KJ/mol 查得Ea文献值= 63.58KJ/mol相对误差 Er=|80.40-63.58|/ 63.58=22.97%六、思考题：1、可以用一般的直流伏特计来测量本实验的电势差吗？为什么？答：不可以，因为本实验电池的电动势约为0.8V，而反应过程电动势的变化只有30mV左右，不可以用一般的直流伏特计来测量。2、如果甲酸氧化反应对溴来讲不是一级，能否用本实验的办法测定反应数率？请具体说明。答：-dBr2/dt=kHCOOHmBr2n 如果HCOOH的初始浓度比Br2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时（11-1）式可写成：-dBr2/dt=kBr2n其中：k= kHCOOHm只要实验测得Br2随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系k。如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个k值。k1 = k HCOOH 1mk2= k HCOOH 2 m联立求解，即可求出反应级数m和速度常数k。3、为什么用记录仪进行测量时要把电动势对消掉一部分？这样做对实验结果有无影响？答：当自动记录仪测量电动势时，为了提高测量精度而采用图1的接线法，用蓄电池或用电池串接1k欧姆接线电位器，于其中分出一恒定电压与电池同级连接，使电池电动势对消一部分。对实验结果没有影响。因为电动是对消后实验记录曲线平移，而斜率不变，实验对该次数据线只求斜率，所以对实验结果就无影响。4、 写出电极反应和电池反应，估计该电池的理论电动势约为多少?答：电池反应：Br2+HCOOHCO2+2HBr正极：Br22Br 负极：HCOOH CO2