下 A 过氧化氢的催化分解-2

实验八过氧化氢的催化分解一、目的与要求1、测定过氧化氢催化分解反应的表观反应速率与半衰期。2、熟悉一级反应的特点，了解反应物浓度、温度以及催化剂等因素对一级反应速率的影响。3、掌握动力学数据的图解处理方法。二、基本原理过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，加入催化剂可使分解反应速率明显加快。过氧化氢的分解反应为：H2O2-→H2O+O2⑴详细的催化动力学研究发现：H2O2在KI作用下的催化分解，按下列步骤进行KI+H2O2-→KIO+H2O慢步骤⑵KIO-→KI+O2⑶总的反应速率由最慢的步骤(即控速步骤)决定，故速率方程为：⑷由于在反应过程中，KI在步骤⑵中的消耗等于在步骤⑶中的生成，即其浓度CKI保持不变，为一常数值(KI的初浓度)，所以可将CKI并入到速率常数k中去，有⑸上式中，k’为在KI催化作用下过氧化氢分解反应的表观反应速率常数。显然从⑸可以看出H2O2的KI催化分解反应为准一级反应。积分上式得⑹式中：Ct——t时刻H2O2的浓度C0——H2O2的初始浓度因分解过程中，放出的氧气体积(定温定压下)与已分解的H2O2的浓度成正比，且比例常数为定值。所以可以用易于从实验测定的氧气体积来表示相应时刻的H2O2浓度。若以V∞表示H2O2全部分解所放出的氧气体积，Vt表示H2O2在t时刻分解所放出氧气的体积，则有：C0∝V∞Ct∝(V∞－Vt)则令Ct=α(V∞－Vt)⑺当t=0时，有C0=α(V∞－V0)=αV∞⑻式中比例常数为定值。将⑺、⑻两式代入⑹式，可得⑼若将氧气按理想气体近似处理(本实验条件下是允许的)，则V∞可由H2O2的初浓度及体积换算得。按理想气体状态方程pV=nRT有式中：——氧气的摩尔数P——室内大气压。又根据H2O2-→H2O+O2有⑽H2O2的摩尔数可利用KMNO4标准溶液滴定得到。在强酸性介质中，KMNO4滴定H2O2的反应为5H2O2+2MnO4-+6H+-→2Mn2++5O2+8H2O则所以⑾三、仪器与试剂1、过氧化氢分解装置一套(包括250ml锥形反应瓶、水位瓶、50ml分液漏斗、电磁搅拌器一件、50ml滴定管两只)，停表一块。2、10ml、5ml量筒各一只，50ml自动滴定管4套。3、2%H2O2溶液，0.1mol/dm-3KI溶液，3mol/dm-3H2SO4溶液,0.04mol/dm-3KMNO4溶液。四、实验内容及操作1、标定H2O2水溶液的初浓度用自动滴定管量取5mlH2O2溶液于250ml锥形瓶中，用量筒加5ml(3mol/dm-3)H2SO4溶液，以0.04mol/dm-3KMNO4溶液标准溶液滴定至淡红色出现为止，进行平行滴定。2、分别量取15mlKI、20ml蒸馏水于250ml锥形反应瓶中，量取10mlH2O2溶液于50ml分液漏斗中。检查反应器是否漏气。3、调节三通活塞使之处于三通状态。利用水位瓶调节量气管中液面的高度，使其恰在零刻度线后，关闭水位瓶活塞。在电磁搅拌下，将50ml分液漏斗中的H2O2加入反应器后，迅速关闭分液漏斗活塞。同时开动停表计时、以及调节三通活塞——使反应器与量气管相通、而与大气隔绝(以上几步应快速连续操作)。然后打开水位瓶活塞，使水位参考水平管中液面下降若干后，关闭此活塞。当量气管与参考水平管中水位相平时，同时记录量气管中水位(即气体体积增加值)与反应时间。依次测定六组数据，至量气管中液面降至50ml处为止。进行以上操作时，始终使电磁搅拌器保持均匀搅拌。4、改用20mlKI15mlH2O10mlH2O225mlKI10mlH2O10mlH2O230mlKI5mlH2O10mlH2O2(冬天室温低于15或10mlKI25mlH2O10mlH2O2(夏天室温高于25重复上述2、3步骤。五、实验记录注意记录：室温、大气压。六、数据处理1、考虑到不同反应时刻水蒸气对氧气体积Vt测定的影响,其Vt=⑿式中：V——不同反应时刻量气管中体积测得值。从附录查得，反应温度(室温)下水的饱和蒸气压，按⑿式计算不同反应时刻氧气体积Vt；2、根据⑺式可知：以对t作图可得一直线，从直线的斜率可得表观反应速率常数。并按可计算此准一级反应的半衰期。3、比较催化剂用量对分解速率的影响，注意考虑温度波动的影响。七、思考与讨论1、反应速率常数与哪些因素有关？2、为什么要用某时刻氧气的体积，代替该时刻过氧化氢分解掉的浓度？3、如何检查反应系统是否漏气？4、除本实验所用的测定V∞方法外，你认为还有什么方法可以来确定V∞值？5、如果你要测定此催化分解反应的活化能，本实验还需要做哪些改动？请谈谈你取得活化能数据的思路？附录：温度℃051011121314PmmHg4.5796.5439.2099.34410.53111.23111.987温度℃15161718192021PmmHg12.78813.63