量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数(精)

1、实验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数一、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H 2O 2 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 、 MnO 2、碘化物时能促使其较快分解,分解反应按下式进行 :H2O2H2O+2O2 (C2-1在催化剂 KI 作用下 , H 2O 2 分解反应的机理为 :H 2O 2H 2O +KI KIO ( 慢 (C2-2KIO KI +12O2(快 (C2-3整个分解反应的速度由慢反应(C2-2 决定 :222222O H K

2、I O H O H c c k dt dc =- (C2-4式中 c 表示各物质的浓度 (mol?L-1 , t 为反应时间 (s , 22O H k 为反应速率常数 , 它的大小仅决定 于温度。在反应中作为催化剂的KI 的浓度保持不变 ,令 K I O H 122c k k ? =,则2222O H 1O H c k dtdc =-(C2-5式中 k 1 为表观反应速率常数。此式表明,反应速率与 H 2O 2 浓度的一次方成正比 ,故称为一 级反应。将上式积分得 :01ln ln c t k c t +-= (C2-5式中 c 0、 c t 分别为反应物过氧化氢在起始时刻和t 时刻的浓度。反

3、应半衰期为 :112/1693. 02ln k k t =(C2-6 由反应方程式可知 ,在常温下 , H 2O 2 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 H 2O 2 全部分解所放出的O 2 体积 , V t 表示 H 2O 2 在 t 时刻 放出的 O 2 体积 ,则 (t t V V c - 。将该关系式带入 (C2-5,得到+-=-V t k V V t ln ln(1 (C2-7本实验采用静态法测定H 2 O2分解反应速率常数 ,实验装置见图 C2-1。三、仪器和试剂1.试剂2.仪器图 C2-1 H 2O 2 分解反应速率测量装置1. 电磁

4、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1. 借助于实验装置和试剂 , 如何能获得用 KI 作催化剂时 H 2O 2 分解反应的表观反应速率 常数 k 1?2. 令 KI O H 122c k k ? =,若要进一步验证该反应对KI 确实为一级反应 ,即 =1,并要获得该反应的速率常数 22O H k ,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 H 2O 2 分解的催化剂还有

5、 Pt 、 Ag 、 MnO 2、 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 H 2O 2 分解反应的表观反应速率常数 k 1 的影响 ,进一 步丰富该实验内容。五、实验步骤1. H 2O 2 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 H 2O 2 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 H 2O 2 溶液的茄形瓶中 ,让盖子漂浮在液面上 ,不能让 H 2O 2 接 触到 KI(s 。2.试漏。旋转活塞 4 使量气管与大气相通

6、 ,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 :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 :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 H 2O 2 充分混合 ,记录反

7、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 min12 min 左 右,记录的实验点有78 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 H 2O 2 溶液 10 mL 置于 150 mL 锥形瓶中 , 加入 10 mL 3 mol L·-1 H2SO 4 溶液 ,用 0.02

8、260 mol L·-1 KMnO4 标准溶液滴定至淡粉红色 ,读取消耗 KMnO 4 标准溶液的体积。重复三次 ,取平均值。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KMnO 4 标准溶液滴定求出过氧化氢 的起始浓度 ,滴定反应为 :2MnO 4-6H +5H 2O 22Mn 2+5O 2+8H2O再求所用过氧化氢按式(C2-1 完全分解时产生O 2 的摩尔数 ,根据理想气体状态方程就可以计算出 V即,*OH O 22pp RT n V -=大气 (C2-8式中 :p 大气 为大气压 , *OH 2p 为实验温度下水的饱和蒸汽压; T 为实验温度 ; R 为气

9、体常数。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 蒸气已达饱和 ,则 V t 应按下式计算 :1(*, 2 大气测量 p p V V OHt t -=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 :? -? -=t t p p 大气 (C2-9式中 , p t 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:t t p tt+-=?1 ( (C2-10已知在 035时 ,汞的平均体膨胀系数 =0.0001815 o C-1,黄铜的平均线膨胀系数为 =0.0000184 o C-1。3.水的饱和蒸气压 (*OH 2p /Pa 与温度的关系摘自 :印永嘉主编 . 物理化学简明手册. 北京 :高等教育出版社 ,