量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)

1、實驗 量氣法測定過氧化氫催化分解反應(yīng)速率常數(shù)一、實驗?zāi)康?. 學(xué)習(xí)使用量氣法研究過氧化氫的分解反應(yīng)2. 了解一級反應(yīng)的特點,掌握用圖解計算法求反應(yīng)速率常數(shù)。 二、實驗原理H 2O 2在室溫下,沒有催化劑存在時,分解反應(yīng)進行得很慢, 但加入催化劑(如 Pt 、 Ag 、 MnO 2、碘化物時能促使其較快分解,分解反應(yīng)按下式進行:H 2O 2H 2O +2O2 (C2-1在催化劑 KI 作用下, H 2O 2分解反應(yīng)的機理為:H 2O 2H 2O +KI KIO (慢 (C2-2KIO KI +12O2(快 (C2-3整個分解反應(yīng)的速度由慢反應(yīng) (C2-2決定:222222O H KI O H O

2、 H c c k dt dc =- (C2-4式中 c 表示各物質(zhì)的濃度 (molL-1 , t 為反應(yīng)時間 (s , 22O H k 為反應(yīng)速率常數(shù), 它的大小僅決定 于溫度。在反應(yīng)中作為催化劑的 KI 的濃度保持不變,令 K I O H 122c k k =,則2222O H 1O H c k dtdc =-(C2-5式中 k 1為表觀反應(yīng)速率常數(shù)。此式表明,反應(yīng)速率與 H 2O 2濃度的一次方成正比,故稱為一 級反應(yīng)。將上式積分得:01ln ln c t k c t +-= (C2-5式中 c 0、 c t 分別為反應(yīng)物過氧化氫在起始時刻和 t 時刻的濃度。反應(yīng)半衰期為:112/1693

3、. 02ln k k t =(C2-6 由反應(yīng)方程式可知,在常溫下, H 2O 2分解的反應(yīng)速度與氧氣析出的速度成正比。析出 的氧氣體積可由量氣管測量。令 V 表示 H 2O 2全部分解所放出的 O 2體積, V t 表示 H 2O 2在 t 時刻 放出的 O 2體積,則 (t t V V c -。將該關(guān)系式帶入 (C2-5,得到+-=-V t k V V t ln ln(1 (C2-7本實驗采用靜態(tài)法測定 H 2 O2分解反應(yīng)速率常數(shù),實驗裝置見圖 C2-1。 圖 C2-1 H 2O 2分解反應(yīng)速率測量裝置1. 電磁攪拌; 2. 茄形瓶; 3. 磨口塞; 4. 活塞; 5. 量氣管; 6.

4、水準(zhǔn)瓶; 7. 塑料蓋1. 借助于實驗裝置和試劑, 如何能獲得用 KI 作催化劑時 H 2O 2分解反應(yīng)的表觀反應(yīng)速率 常數(shù) k 1?2. 令 KI O H 122c k k =,若要進一步驗證該反應(yīng)對 KI 確實為一級反應(yīng),即 =1,并要獲得該反應(yīng)的速率常數(shù) 22O H k ,在目前的實驗條件還要如何設(shè)計實驗?請寫出實驗思路并完成實 驗。3. 化學(xué)反應(yīng)速率取決于許多因素,如反應(yīng)物的濃度、攪拌速度、溫度、催化劑等。除 碘化物外,能加速 H 2O 2分解的催化劑還有 Pt 、 Ag 、 MnO 2、 Fe 等等。在實驗時間允許的范圍 內(nèi),可改變實驗條件,考察其他條件對 H 2O 2分解反應(yīng)的表觀

5、反應(yīng)速率常數(shù) k 1的影響,進一 步豐富該實驗內(nèi)容。五、實驗步驟1. H 2O 2分解反應(yīng)速率測量裝置見圖 C2-1。用移液管移取 25 mL濃度約為 0.35 %的 H 2O 2溶液 放入茄形瓶中,加入磁攪拌子。用電子天平準(zhǔn)確稱量 50 mg左右的 KI(s放入到小塑料蓋內(nèi), 再用鑷子將其小心放入到盛有 H 2O 2溶液的茄形瓶中,讓蓋子漂浮在液面上,不能讓 H 2O 2接 觸到 KI(s。2.試漏。旋轉(zhuǎn)活塞 4使量氣管與大氣相通,舉高水準(zhǔn)瓶,使液體充滿量氣管。然后旋緊磨 口塞 3,通過反復(fù)調(diào)整水準(zhǔn)瓶和活塞 4到合適的位置,讓反應(yīng)體系和量氣管相通而與大氣隔 絕的情況下,量氣管內(nèi)液面的位置在刻

6、度 1.00附近。讀取量氣管液面對應(yīng)的讀數(shù)。然后把 水準(zhǔn)瓶放在較低的位置,若量氣管中的液面僅在初始有下降,而在隨后 2 min內(nèi)保持不變, 表示系統(tǒng)不漏氣;否則應(yīng)找出系統(tǒng)漏氣的原因,并設(shè)法排除之。注意 :讀取量氣管讀數(shù)時務(wù)必使水準(zhǔn)瓶內(nèi)液面和量氣管內(nèi)液面處于同一水平。 提示 :系統(tǒng)漏氣多發(fā)生在茄形瓶磨口塞處,可涂抹凡士林或真空脂。3.用手搖動茄形瓶,使塑料蓋中的 KI(s與 H 2O 2充分混合,記錄反應(yīng)起始時間,同時開啟 電磁攪拌開關(guān),調(diào)節(jié)攪拌速度至中檔。4.每隔一定時間讀取量氣管內(nèi)液面所對應(yīng)的刻度一次,直至反應(yīng)進行到 10 min 12 min左 右,記錄的實驗點有 78個即可結(jié)束本次實驗。

7、為避免量氣管內(nèi)因氣壓增大而漏氣,在液面 下降的同時,應(yīng)慢慢移動水準(zhǔn)瓶,使兩液面大致保持在同一水平面,直至反應(yīng)結(jié)束。 5.改變催化劑 KI(s的量分別為 100 mg和 150 mg左右重復(fù)上面的實驗。6.過氧化氫的準(zhǔn)確濃度的標(biāo)定。移取 H 2O 2溶液 10 mL置于 150 mL錐形瓶中,加入 10 mL 3 mol·L -1 H2SO 4溶液,用 0.02260 mol·L -1 KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定至淡粉紅色,讀取消耗 KMnO 4標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。重復(fù)三次,取平均值。1.實驗中 V 可用化學(xué)分析法測定。先在酸性溶液中用 KMnO 4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定求出過氧化氫 的起始濃

8、度,滴定反應(yīng)為:2MnO 4-6H +5H 2O 22Mn 2+5O 2+8H2O 再求所用過氧化氫按式 (C2-1完全分解時產(chǎn)生 O 2的摩爾數(shù),根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程就可以計算出 V ,即*OH O 22pp RT n V -=大氣 (C2-8式中:p 大氣 為大氣壓, *OH 2p 為實驗溫度下水的飽和蒸汽壓; T 為實驗溫度; R 為氣體常數(shù)。嚴(yán)格地講,用含水量氣管測量氣體體積時,都包含著水蒸氣的分體積。若在某溫度時,水 蒸氣已達飽和,則 V t 應(yīng)按下式計算:1(*, 2大氣測量 p p V V OHt t -=2.福廷式氣壓計讀數(shù)的校正(壓力計在 218房間氣壓計的校正公式為:-=t t p p 大氣 (C2-9式中, p t 為氣壓計的讀數(shù), t 為溫度校正項, 為重力加速度及氣壓計本身的誤差校正項。 本實驗使用的福廷式氣壓計 = 0。溫度校正項 t 為:t t p tt+-=1 ( (C2-10已知在 035時,汞的平均體膨脹系數(shù) =0.0001815 o C -1,黃銅的平均線膨脹系數(shù)為 =0.0000184 o C -1。3.水的飽和蒸氣壓(*OH 2p /Pa 與溫度的關(guān)系 摘自:印永嘉主編 . 物理化學(xué)簡明手冊 . 北京:高等教育出