过氧化氢的催化分解实验.docx

过氧化氢的催化分解 一 实验目的 1. 熟悉一级反应特点，了解反应浓度、温度和催化剂等因素对一级反应速度的影响; 2. 用静态法测H2O2分解反应的反应速度常数和半衰期.并求反应活化能; 3. 学会用图解法求出一级反应的反应速度常数. 二 实验原理 凡是反应速度只与反应浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。实验证明，过氧化氢的反应机理为一级反应.化学反应速度取决于反应物的浓度、温度、反应压力、催化剂、搅拌速度等许多因素。许多催化剂如Pt、Ag、MnO2、FeCl3碘化物等都能加速H2O2分解。在催化剂KI作用下的分解反应，反应历程如下：H2O2+IIO+H2OH2O2+ IOH2O+O2+I 按此历程，可推导出总反应的速度公式： -=KH2O2 I 当溶液体积不变时， I是个常数，即: -=KH2O2为一级反应。一级反应的速度公式为：-=KCA (14一1)式中:K为反应速度常数:CA为时间t时的反应物浓度.将(14一1)式积分得: lnCA=-kt+lnCA0 (14一2)式中CA0为反应开始时(t=0)反应物的初始浓度。从(14一2)式可见， 一级反应的速度常数K与反应物的初始浓度无关。由(14一2)式变换得：ln=-kt (14一3)当CA=CA0时，t可用t1/2表示，即为反应的半衰期.t1/2= (14一4) 从式(14一4)可见，在温度一定时，一级反应的半衰期应与反应的速度常数成反比，而与反应物的初始浓度无关。 由反应方程式可知，在常温常压下，H2O2分解的反应速度与氧气的析出速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。 若以Vt和CA表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度，Vf表示H2O2完全分解时量气管的读数，则CA(Vf-Vt). Vf值可由如下两种方法求取： (1) 外推法：以1/t为横坐标对Vt作图，将直线段外推至1/t=0，其截距即为Vf ； (2) 加热法：在测定若干个Vt的数据之后，将H2O2溶液加热至5060约15分钟，可认为H2O2己基本分解。待完全冷却后，记下量气管的读数.即为Vt。 化学反应速度随温度的提高而加快。对一般反应及某些复杂反应，温度与反应速度的定量关系由阿仑尼乌斯经验公式表达：K=Ae 式中E反应的活化能，常以KJ/mol表示；T绝对温度，K。取对数后得：lgk=-+lgA (14一5) 由实验测得不同温度下的速度常数K值。以lgk对1/T作图得一直线，由斜率可求得活化能数值。三 仪器与药品 超级恒温槽一台；10ml移液管2支；100ml容量瓶2个；100ml细口瓶2个；小烧杯1个；30H2O2；0.1NKI溶液。四 实验步骤(一) 配制试剂1. H2O2溶液的配制： 用移液管吸取30H2O2溶液5ml，置于100ml容量瓶中，冲稀至刻线，摇匀，即得实验用的H2O2溶液。 2. 0.1NKI溶液的配制：精确称取1.66克KI置于100ml容量瓶中，冲稀至刻线，摇匀，即得实验用的0.1KI溶液。(二) 试漏小心将胶塞盖紧到反应瓶上，如图(14一1)。旋转三通活塞4至与外界相通，举高水准瓶，使液体充满量器管。然后旋转三通活塞4，使系统与外界隔绝，并把水准瓶放到最低位置。如果气管中液面在2分钟内不变，即表示系统不漏气，否则应找出系统漏气原因，并设法排除之。读取量器管内初始气体体积V0，注意量器管读数时一定要使水准瓶和量器管内液面保同一水平面。 (三) 测量过程开动并调节好超级恒温槽温度。倾斜反应瓶，贴壁轻轻放入电磁搅拌子，夹正反应瓶，举高水准瓶使液面对准刻度V0处，将三通活塞4旋至同外界相通位置，分别用移液管加入H2O2溶液、KI溶液，迅速盖紧胶塞，旋三通活塞使系统与外界隔绝，开动电磁搅拌器至低速挡， 搅拌子转起后开始记时。在反应过程中， 水准瓶要时时保持量气管和水准瓶两液面在同一平面上。每5分钟记录一次量气管体积，直至35分钟为止。做如下几个条件：（1）20时 10ml H2O2+10ml 0.1mol/dm3KI （2）25时 10ml H2O2+10ml 0.1 mol/dm3KI（3）30时 10ml H2O2+10ml mol/dm30.1KI （4）35时 10ml H2O2+10ml 0.1 mol/dm3KI在35时，读完35分钟后，将反应瓶升温至5060并保持大约10分钟左右，体积不变即可再冷至室温，读取量气管气体的体积即Vf。五 数据记录与处理1. H2O2催化分解数据表t/s1/t/s-1Vt/ml202530355101520253035 t/s1/t/s-1lg(Vf-Vt)202530355101520253035 2. 以Vt对1/t作图，将得到一条直线，将直线外推至1/t=0，由其截距得到Vf。3. 以lg(Vf-Vt)对t作图，求直线斜率。4. 计算HO分解反应的反应速度常数K=-2.303斜率和半衰期t1/2=0.693/K。5. 根据(14一5)式，以lgk为纵坐标，1/T为横坐标作图得一直线，取其斜率可求反应的活化能E。 六 思考题1. 说明为什么可用lg(Vf-V