量气法测定过氧化氢催化分解[精选].doc

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量气法测定过氧化氢催化分解[精选]

量气法测定过氧化氢催化分解 反应速率系数 一 实验目的 测定H2O2分解反应的速率系数和级数,并了解一级反应的特点。 二 实验原理 H2O2在没有催化剂存在时,分解反应进行得很慢,若用KI溶液为催化剂,则能加速其分解。 22KI22O21OHOH+?→? 该反应的机理是: 第一步 )( OHKIOKIOH222慢+?→?+ 第二步)( O21KIKIO2快+?→? 由于第一步的反应速率比第二步慢得多,所以整个分解反应的速率取决于第一步。如果反应速率用单位时间内H2O2浓度的减少表示,则它与KI和H2O2的浓度成正比: 2O2HKI2O2H2O2Hddccktc=? (2-40) 式中c表示各物质的浓度(mol ???L?1),t为反应时间(s),为反应速率系数,它的大小仅决定于温度。2O 在反应过程中作为催化剂的KI的浓度保持不变,令,则KI22OHck 2O2H2O2H1ddcktc=? (2-41) 式中k1为表观反应速率系数。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。积分上式得:2 Hk 1 k= ∫∫=?ttcctkcc01dd02O2H2O2H tkcct10ln?= (2-42) 在一定温度与催化剂浓度下,k1为定值,所以对一级反应而言,c的值仅与t有关,而与反应物初始浓度无关。 在H2O2催化分解过程中,t时刻H2O2的浓度ct 可通过测量在相应的时间内反应放出的O2体积求得。因为分解反应中,放出O2的体积与已分解了的H2O2浓度成正比,其比例常数为定值。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 , ∞∝Vc0)(ttVVc?∞∝ 将上面的关系式代入式(2-89),得到 tkVVVcct10tlnln?=∞?∞= (2-43) ∞+?=?∞VtkVVtln)ln(1 若H2O2催化分解是一级反应,则以对t作图应得一直线。这种利用动力学方程的积分式来确定反应级数的方法称为积分法,从直线的斜率可求出表观反应速率系数k)ln(tVV?∞1。 如求反应的表观活化能Ea,则通过测定不同温度下反应速率系数,根据阿仑尼乌斯(Arrhennius)经验方程: CTREk+?=1lna (2-44) 以ln k对作图得一直线,从其斜率??????REa?即可求得表观活化能Ea。 三仪器与试剂 仪器:超级恒温槽,移液管(5 mL),实验装置见图2-32。 试剂:H2O2溶液(3%),KI溶液(0.2mol ???L?1)。0 ct T1 四实验步骤 图2-32 H2O2分解测定装置 1-反应管;2-搅拌子;3-水浴夹套;4-温度计; 5-磁力搅拌器;6-三通活塞;7-双连球; 8-橡皮滴头(内盛肥皂水);9-量气管 1. 调节超级恒温槽(见本书第五章§5-1.6)的水温为25.0±0.1℃或30.0±0.1℃。 2. 按图2-32装好仪器。用双连球7通过三通活塞6向量气管鼓气,并压出皂膜润湿量气管内壁,以防止实验过程中皂膜破裂。 3. 在反应管中加入3% H2O2溶液5mL,将循环恒温水通入反应管外水浴夹套。同时在一小试管中移入0.2mol ???L?1KI溶液5mL,放入恒温槽中恒温。 4.在反应管内加入搅拌子,打开磁力搅拌器,调节搅拌速度,使搅拌子在反应管中转速恒定,并在量气管下部压出皂膜备用。 5. 把小试管中的KI溶液倒入反应管中,约1分钟后塞上反应管上的橡皮塞,同时旋转活塞6使放出的氧气进入量气管。任选一时刻作为反应起始时间,同时记下量气管中皂膜位置读数Z0,以后每隔1min记录一次读数Zt ,共10次。 6. 等分解反应基本完成后,此时反应管中没有气体放出,量气管中皂膜位置不再变化,记下量气管中皂膜位置的读数即为Z∞。 五 数据记录与处理 1. 记录反应条件(反应温度、催化剂及其浓度)并列表记录反应时间t和量气管读数Zt的对应值。 2. 计算V和Vt :V,V。ttZZ?=0∞∞?=ZZ0∞ 3. 以ln (V∞-Vt )对t作图,从所得直线的斜率求表观反应速率系数 k1。 六 思考题 1. 反应中KI起催化作用,它的浓度与实验测得的表观反应速率系数k1的关系如何? 2. 实验中放出氧气的体积与已分解了的H2O2溶液浓度成正比,其比例常数是什么?试计算5mL 3% H2O2溶液全部分解后放出的氧气体积(25℃,101.325 kPa,设氧气为理想气体,3% H2O2溶液密度可视为1.00 g ???cm?3 )。 3. 若实验在开始测定V0时,已经先放掉了一部分氧气,这样做对实验结果有没有影响?为什么? 实验指导参考 一、教学要点 1、物理量代浓度的概念及其在H2O2分解反应中的应用

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