過氧化氫的催化分解實驗報告

1、過氧化氫的催化分解一、實驗?zāi)康模?用靜態(tài)法測定H2O2分解反應(yīng)的速度常數(shù)和半衰期。2熟悉一級反應(yīng)特點，了解反應(yīng)物濃度、溫度、催化劑等因素對一級反應(yīng)速度的影響。3掌握量氣技術(shù)和體積校正，學(xué)會用圖解計算法求出一級反應(yīng)的速度常數(shù)。二、實驗原理：1. 凡反應(yīng)速度只與反應(yīng)物濃度的一次方成正比的反應(yīng)，稱為一級反應(yīng)，實驗證明H2O2的分解反應(yīng)如下： 2 H2O2 2 H2O + O2 （1）2. 若該反應(yīng)屬于一級反應(yīng)，則其速度方程應(yīng)是：式中：CH2O2時間t時的H2O2濃度； k反應(yīng)速度常數(shù)。 3. 化學(xué)反應(yīng)速度取決于許多因素，如反應(yīng)物濃度、攪拌速度、反應(yīng)壓力、溫度、催化劑等等。某些催化劑可以明顯的加速H2

2、O2 的分解，它們有Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物。本實驗用I-（具體用KI）作為催化劑。由于反應(yīng)在均勻相（溶液）中進行，故稱為均相催化反應(yīng)。 設(shè)該反應(yīng)為一級反應(yīng)，且按下列式進行： H2O2 + I - H2O + IO- （A） H2O2 + IO- H2O + O2 （B） 則因及其總反應(yīng)速度為上兩式之和，即： 則 kACI - = kBCIO-亦即反應(yīng)速度應(yīng)為：由于催化劑在反應(yīng)前后的濃度是不變的，CI-或CIO-就可視為常數(shù)，令k=2kACI - = 2kBCIO 最后得： 若反應(yīng)（A）的速度慢于反應(yīng)（B），則整個反應(yīng)速度決定于反應(yīng)（A），因而可假定其速度方程式，即為： 從而亦

3、可簡化為： 式（3）表示，H2O2的分解反應(yīng)為一級反應(yīng)。 盡管k會因CI而變，但對H2O2分解來說，則仍是一級反應(yīng)。4. 一級反應(yīng)的積分式為 lnCH2O2 = - k t + ln C0H2O2 （4）上式中C0H2O2 是反應(yīng)開始時H2O2的濃度（摩爾/升）公式（4）為直線方程，故我們?nèi)粢詌nCH2O2對時間作圖而得一直線時，則可驗證反應(yīng)為一級反應(yīng)。該直線之斜率為-k，截距為lnCH2O2。5. 由于分解過程中放出的氧氣體積與已被分解的H2O2濃度成正比，比例常數(shù)為定值，故在相應(yīng)時間內(nèi)分解放出氧的體積即可得出時刻t的H202濃度。 令Vf表示H2O2全部分解時產(chǎn)生的O2氣體體積。Vt表示在

4、t時刻分解所放出的O2氣體體積，則顯然 C0H2O2 Vf CH2O2 （Vf -Vt）代入（4）式，得： ln（Vf -Vt）= - k t + lnVf (5)Vf可由H2O2的體積及濃度算出。標(biāo)定CH2O2之方法如下：按其分解反應(yīng)的化學(xué)方程式可知一摩爾H2O2放出1/2摩爾O2，在酸性溶液中以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定H2O2 ,求出CH2O2，就可由下式算出Vf： PO2氧分壓即大氣壓減去實驗溫度下水的飽和蒸汽壓。T即量氣管的溫度（K） Vf亦可采用下面兩種方法來求得：（a）外推法：以1/t為橫坐標(biāo)，對Vt作圖，將直線外推至1/t=0，其截距即Vf。（b）加熱法：在測定若干個Vt數(shù)據(jù)后，將H

5、2O2加熱至5060約15分鐘，可認(rèn)為H2O2已基本分解完畢，待溶液冷卻到實驗溫度時讀出量氣管讀數(shù)即為Vf，同學(xué)們可自擇二者之一，與滴定結(jié)果作對照。 6. 當(dāng)CH2O2=1/2 C0H2O2時，t可用t1/2 表示，稱為反應(yīng)半衰期，代入式（4）得上式表示：當(dāng)溫度一定時，一級反應(yīng)的半衰期與反應(yīng)速度常數(shù)成反比,與反應(yīng)初濃度無關(guān)。三、儀器和藥品：1. 儀器：H2O2分解速率測定裝置；滴定管；秒表；移液管（5、10、20ml）；錐形瓶（150、250ml）。 2. 藥品：H2O2溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%）；KI溶液（0.1mol/L）；H2SO4溶液（3.0mol/L） KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液（0.05mol

6、/L）。四、實驗步驟：1. 在圖20-1所示裝置中，將水準(zhǔn)球內(nèi)加水，使水位與量氣管滿刻度處齊平。（打開三通活塞，使大氣與量氣管相通）。與此同時調(diào)節(jié)恒溫槽溫度。2. 調(diào)節(jié)恒溫槽溫度：在1000ml燒杯中加入250ml水，水溫控制在25左右并使在實驗中能夠基本恒定。燒杯放在攪拌器座上。夾好測溫用溫度計。3. 用移液管移取己恒溫至25的10ml水放入潔凈干燥的錐形瓶中，再移取10ml已恒溫到同樣溫度的H2O2 注入到錐形瓶中。將已準(zhǔn)確稱量好的KI試劑 0.160克小心放在液面上勿使KI與液面接觸，最后塞好橡皮塞，進行試漏。 4. 把錐形瓶小心的放入恒溫槽，將三通活塞 4 旋與大氣、量氣管都相通，舉高

7、水準(zhǔn)球使量氣管充滿水，然后再旋活塞 4 切斷與大氣的通路，但仍使系統(tǒng)內(nèi)部聯(lián)通，將水準(zhǔn)瓶放到最低位置，若量氣管中水位在2分鐘內(nèi)保持不變，說明系統(tǒng)不漏氣，可以進行分解反應(yīng)。 5. 旋動三通活塞與大氣相通，使水面恰在量氣管“0”刻度處，然后切斷大氣通路，打開攪拌器開關(guān)，同時記下時間，此時KI容器傾倒，KI溶于H2O2溶液中，分解反應(yīng)開始，當(dāng)O2開始釋放出后應(yīng)隨時保持水準(zhǔn)瓶和量氣管液面在一水平線上。定時（每2.0分鐘）讀出量氣管中氣體體積（或定體積地讀出反應(yīng)時間，每5mL讀一次）。直到量氣管中O2體積超過50mL。6. 選用加熱求Vf 時，接通電源使水浴升溫，溫度可達到50，一刻鐘后從水浴中移出反應(yīng)瓶

8、，冷卻至室溫后讀出量氣管讀數(shù)V和T（k），記下當(dāng)時的大氣壓力，計算出Vf 。7. 最后標(biāo)定所用H2O2的原始濃度：用移液管取2ml H2O2放在錐形瓶中，加入10ml 3mol/L H2SO4 酸化后用已知濃度的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡紅色為止。 8. 根據(jù)公式7計算出H2O2的濃度。圖19-1 H2O2分解速率測定裝置 （在注入溶液前先將攪拌棒放入錐形瓶中）。1-電磁攪拌器；2-錐形瓶；3-橡皮塞；4-三通活塞；5-量氣管；6-水準(zhǔn)瓶五、數(shù)據(jù)記錄和處理1. 數(shù)據(jù)記錄：時間/minO2氣體體積Vt/ml0 2 4 681012141618202224262830320.15.510.513.

9、017.020.522.024.027.028.530.532.033.535.036.538.038.52計算H2O2的初始濃度及 Vf，列出t、Vt、（Vf -Vt）及l(fā)n(Vf -Vt)表。標(biāo)定2ml H2O2用去0.05 mol/L的KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液7.36 ml。根據(jù)公式7 = =0.46 mol/L = 5.8×10-5m3 = 58mlT/minVt/mlVf -Vt/mlln(Vf -Vt)00.157.94.05925.552.53.961410.547.53.861613.045.03.807817.041.03.7141020.537.53.6241222.0

10、36.03.5841424.034.03.5261627.031.03.4341828.529.53.3842030.527.53.3142232.026.03.2582433.524.53.1992635.023.03.1352836.521.53.0683038.020.02.9963238.519.52.9703以ln(Vf -Vt)對t作圖，求出曲線斜率及k。計算反應(yīng)的半衰期t1/2。根據(jù)圖可求得直線的斜率 m = -0.0336；t1/2 = -0.693/ m = 0.693/0.0336 = 20.63min。附錄：標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)定1. 0.05mol/L KMnO4的配制：稱取14g KMnO4（分析純）于燒杯中，分次溶解（可加熱）稀釋至2000ml，放在暗處，23天后標(biāo)定。2. 3mol/L H2SO4 的配制：先量取833mlH2O 于瓶中，慢慢倒入16.7mlH2SO4（濃）。3. 2% H2O2 ：將60ml 34% H2O2 稀釋至1000ml。4. KMnO4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定：稱取0.120.19g草酸（準(zhǔn)