过氧化氢的催化分解实验报告.docVIP

过氧化氢的催化分解 一、实验目的1．用静态法测定H2O2分解反应的速度常数和半衰期。 2．熟悉一级反应特点，了解反应物浓度、温度、催化剂等因素对一级反应速度的影响。 3．掌握量气技术和体积校正，学会用图解计算法求出一级反应的速度常数。 二、实验原理： 1. 凡反应速度只与反应物浓度的一次方成正比的反应，称为一级反应，实验证明H2O2的分解反应如下： 2 H2O2 → 2 H2O + O2 （1） 2. 若该反应属于一级反应，则其速度方程应是： 式中：CH2O2—时间t时的H2O2浓度； k—反应速度常数。 3. 化学反应速度取决于许多因素，如反应物浓度、搅拌速度、反应压力、温度、催化剂等等。某些催化剂可以明显的加速H2O2 的分解，它们有Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物。本实验用I-（具体用KI）作为催化剂。由于反应在均匀相（溶液）中进行，故称为均相催化反应。 设该反应为一级反应，且按下列式进行： H2O2 + I - → H2O + IO- （A） H2O2 + IO- → H2O + O2 （B） 则因 及 其总反应速度为上两式之和，即： 则 kACI - = kBCIO- 亦即反应速度应为： 由于催化剂在反应前后的浓度是不变的，CI-或CIO-就可视为常数，令k=2kACI - = 2kBCIO – 最后得： 若反应（A）的速度慢于反应（B），则整个反应速度决定于反应（A），因而可假定其速度方程式，即为： 从而亦可简化为 式（3）表示，H2O2的分解反应为一级反应。 尽管k会因CI–而变，但对H2O2分解来说，则仍是一级反应。 4. 一级反应的积分式为 lnCH2O2 = - k t + ln C0H2O2 （4） 上式中C0H2O2 是反应开始时H2O2的浓度（摩尔/升） 公式（4）为直线方程，故我们若以lnCH2O2对时间作图而得一直线时，则可验证反应为一级反应。该直线之斜率为-k，截距为lnCH2O2。 5. 由于分解过程中放出的氧气体积与已被分解的H2O2浓度成正比，比例常数为定值，故在相应时间内分解放出氧的体积即可得出时刻t的H202浓度。 令Vf表示H2O2全部分解时产生的O2气体体积。Vt表示在t时刻分解所放出的O2气体体积，则显然 C0H2O2 ∞ Vf CH2O2 ∞（Vf -Vt） 代入（4）式，得： ln（Vf -Vt）= - k t + lnVf (5) Vf可由H2O2的体积及浓度算出。标定CH2O2之方法如下：按其分解反应的化学方程式可知一摩尔H2O2放出1/2摩尔O2，在酸性溶液中以高锰酸钾标准溶液滴定H2O2 ,求出CH2O2，就可由下式算出Vf： PO2—氧分压即大气压减去实验温度下水的饱和蒸汽压。 T—即量气管的温度（K） Vf亦可采用下面两种方法来求得： （a）外推法：以1/t为横坐标，对Vt作图，将直线外推至1/t=0，其截距即Vf。 （b）加热法：在测定若干个Vt数据后，将H2O2加热至50—60℃约15分钟，可认为H2O2已基本分解完毕，待溶液冷却到实验温度时读出量气管读数即为Vf，同学们可自择二者之一，与滴定结果作对照。 6. 当CH2O2=1/2 C0H2O2时，t可用t1/2 表示，称为反应半衰期，代入式（4）得 上式表示：当温度一定时，一级反应的半衰期与反应速度常数成反比,与反应初浓度无关。 三、仪器和药品： 1. 仪器：H2O2分解速率测定装置；滴定管；秒表；移液管（5、10、20ml）；锥形瓶（150、250ml）。 2. 药品：H2O2溶液（质量分数为2%）；KI溶液（0.1mol/L）；H2SO4溶液（3.0mol/L） KMnO4标准溶液（0.05mol/L）。 四、实验步骤： 1. 在图20-1所示装置中，将水准球内加水，使水位与量气管满刻度处齐平。（打开三通活塞，使大气与量气管相通）。与此同时调节恒温槽温度。 2. 调节恒温槽温度