量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数

第 1 页 共 5 页 实验实验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数 一 实验目的一 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 C2 1 H2O2H2 O 1 2 O2 在催化剂KI作用下 H2O2分解反应的机理为 C2 2 H2O2H2O KI KIO C2 3 KIOKI 1 2 O2 整个分解反应的速度由慢反应 C2 2 决定 C2 4 2222 22 OHKIOH OH cck dt dc 式中c表示各物质的浓度 mol L 1 t为反应时间 s 为反应速率常数 它的大小仅决 22O H k 定于温度 在反应中作为催化剂的KI的浓度保持不变 令 则 KIOH1 22 ckk C2 5 22 22 OH1 OH ck dt dc 式中k1为表观反应速率常数 此式表明 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 C2 5 01 lnlnctkct 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 C2 6 11 2 1 693 0 2ln kk t 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H2O2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 将该关系式带入 C2 5 得到 tt VVc C2 7 VtkVV t ln ln 1 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 仪器和试剂三 仪器和试剂 第 2 页 共 5 页 1 试剂 序号名称纯度 规格浓度 1H2O2溶液化学纯 0 35 准确浓 度待标定 2KI s A R 分子量Mr 166 00 g mol 1 3H2SO4溶液化学纯3 mol L 1 4KMnO4标准溶液A R 0 02260 mol L 1 5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 1H2O2分解反应速率测量装置 1 见图C2 1 2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 第 3 页 共 5 页 图C2 1 H2O2分解反应速率测量装置 1 电磁搅拌 2 茄形瓶 3 磨口塞 4 活塞 5 量气管 6 水准瓶 7 塑料盖 四 实验方法和实验条件的设计四 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 若要进一步验证该反应对KI确实为一级反应 即 1 并要获 KIOH1 22 ckk 得该反应的速率常数 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 22O H k 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 第 4 页 共 5 页 五 实验步骤五 实验步骤 1 H2O2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 绝的情况下 量气管内液面的位置在刻度1 00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 若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7 8个即可结束本次实验 为避免量气管内因气压增大而漏气 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0 02260 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 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 C2 8 OH O 2 2 pp RTn V 大大 式中 p大气为大气压 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 OH2 p 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 若在某温度时 水 第 5 页 共 5 页 蒸气已达饱和 则Vt应按下式计算 1 2 大气 测量 p p VV OH tt 2 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 C2 9 tt pp大气 式中 pt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 C2 10 tt p t t 1 已知在0 35 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 Pa 与温度的关系 OH2 p 温度 oC 0 00 20 40 60 8 232808 832842 962877 492912 422947 75 242983 353019 483056 013092 803129 37 253167 203204 933243 193281 993321 32 263360 913400 913441 313481 973523 27 273564 903607 033649 563629 493735 82 283779 553823 673868 343913 533959 26 294005 394051 924098 984146 584194 44 摘