2021年过氧化氢分解速率常数的测定

*欧阳光明*创编过氧化氢分解速率常数的测定欧阳光明(2021.03.07))eterminationofH202DecompositionRateConstant一.实验目的及要求1.熟悉一级反应的特点2.测定过氧化氢分解反应的速率常数和级数3.认识各种因素对反应速率的影响4.用图解法求过氧化氢分解反应的速率常数二.实验原理凡是反应速度可是与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。实考据明.过氧化氢分解的反应为H噫一屯0+刃2若是该反应属于一级反应.则其反应速度方程应遵守下式:*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编=kCt式中：k为反应速度常数；G为时间为t式的反应物浓度。将式（1）积分得:lnCt=-H+lnC；(2)式中：°；为反应开始时H』2的浓度。如将⑵变换?可得:(3)该式子式是InCt?t的直线方程。反应进行过程中.测定不相同时刻t时反应系统中H2O2的浓度3获取若干组Ct.t数据后.以InCt对时间t作图.可得素来线.表示该反应为一级反应.其斜率为反应速度常数得负值一k.截距为lnC°0实验方法1.实验条件的设计：化学反应速度取决于好多因素?比方反应物的浓度、搅拌速度、*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编反应压力、温度、催化剂等等。某些催化剂能够明显地加速反应速度。能加速H2O2分解的催化剂Pt、Ag、碘化物等等。本实验用KI作为催化剂.在静态装置里测定H2O2分解反应的速度常数（实验装置见第三部分）。H2O2在水溶液中分解释放出氧气的速率较慢.加入KI时.速率加速.其反应按下面的步骤进行.即KI+H20F===K10+H20（慢）1）KI0====KI+1/202（快）（2）由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步为反应得控制步骤。所以能够假定其反应的速率方程式为一等="C口G式中.Ct为反应系统中反应到t时刻H2O2浓度.因KI在反应过程中浓度不变.故上式能够简化为~^=kjct（3式中：k=^CjJ,将上式分别变量积分t=0时.Ct=Co*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编t=t时.Ct=G定积分式为(4)积分结果lnCt=-kt+lnCo(5)式(5)是InCt?t的直线方程。反应进行过程中.测定不相同时刻t时反应系统中H2O2的浓度S获取若干组G.t的数据后.以InCt对t作图.得素来线.表示该反应为一级反应(准一级反应).直线斜率为一k02、Vs的求取:由反应方程式可知.在恒温常压下.H2O2分解的反应速度与氧气的析出速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。在出。2催化分解过程中t时刻H2O2的浓度能够经过测量相应时间内分解放出的氧气的体积得出。放出的氧气的体积与分解了的出。2的量成正比.其比率系数为定值。若以Vt和Ct表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度.表示H2O2完好分解时量气管的读数.则Ct8(Vg—Vt)*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编将上述关系代入式(2)In.二-加+4C；,可得In(Vg-Vt)=-kt+lnJ(6)若是以In(Vs-Vt)对t作图得素来线.即考据是一级反应.由直线斜率m可求出速率常数k,m=—ko式(6)为In(Vs-Vt)?t的直线方程.式中Vs为H2O2全部分解放出的氧气体积.反应温度及KI浓度一准时.它不随时间改变。实验过程中只需要测定反应进行到不相同时刻t时的H2O2分解放出的氧气体积Vt(若干个数据)和反应终了时出。2全部分解放出氧气体积V?(一个数据).以In(Ve-Vt)对时间t作图得素来线.直线斜率为m=—k.用作图法可求出反应速率常数k0Vs可采用以下两种方法求取：1.1.外推法以厂为横坐标对Vt作图.将直线段外推至厂=0.其截距即为Voo加热法在测定若干个Vt数据此后.将H2O2溶液加热至50—60°C约15分钟.能够为出。2以基本分解。待完好冷却后.记下量气管读数.即为VsVR也能够不测.由“数据办理”中介绍的方法求出反应速率常数k四.仪器和药品*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编1.实验装置一套（见以下图）61.电磁搅拌锥形3?橡皮塞4.三通活5?量器6.水位水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编种实验装置利害比较2.仪器和药品量气管50ml一支锥形瓶250mI一个水平瓶一个三通旋塞一个电磁搅拌器一台移液管10ml*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编一支*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编筒10ml二个1%H2O2;0.1mol/LKI溶液.实验步骤将20ml蒸镭水和10ml0.1mol/lKI溶液加入到锥形瓶中.寒紧橡胶塞。2.试漏如上图装置好仪器。旋转三通活塞4于地址a?使系统与外界相通.举高水平瓶.使液体充满量气管。尔后旋转三通活塞到b.使系统与外界间隔.并把水平瓶放到最低位置。如量气管中液面在2分钟内保持不变.即表示系统不漏气；否则应找出系统漏气的原因.并想法消除之。读取量气管內初始气体体积V。注意量气管读数时必然要使水平瓶和量气管内液面保持同一水平面。打开橡胶塞.举起水平瓶.使量气管内液面位于零刻度处.启动电磁搅拌。把0.5ml1%H202与10ml蒸镭水混杂.尔后将其倒入锥形瓶中.迅速塞紧橡胶塞。再塞紧胶塞的同时.记下反应时间。反应开始后每隔2分钟读取量气管读数一次.20分钟后?每隔5分钟读取一次.直到量气管读数约为50ml时.实验结束。5.将锥形瓶加热至50-60°C.并保持大体15分钟。再将其冷却*欧阳光明*创编*欧阳光明*创编至室温.读取量气管气体体积.即V实验完成后.将锥形瓶反应器、量筒、移液管用蒸徭水洗净.搞好实验台卫生。.数据办理(1)列出t、1/t和Vt的数据表.并以Vt对1/t作图.将直线段外推至1/t=0.取截距即为V?(2)、列出吐、和lgXF数据表，并以lg八区比作图得素来实验温度°C实验温度1v,-vtlg"Xminmlminm2846(3).计算在实验温度下?戌02催化分解速率常数k=-2.303m水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编七、实验注意事项对过氧化氢分解反应.影响实验结果得主要因素有温度、压力、催化剂的种类和浓度（或质量）、搅拌情况及Vt和V"的测量正确度。依照这些影响因素.实验中的注意事项有：温度直接影响量气管中的气体体积的测量值.所以除了对反应系统恒温外.还要对量气管进行恒温.恒温精度要达到土o.rco别的和其他反应相同在低温时vt测量间隔能够稍?长.而当反应温度较高时.则vt的测量间隔应合适缩短.以便获取必然数量的正确的vt值。2.本实验由于是经过测量不相同反应时刻放出氧气的Vt及Vs来求k的数值.所以需要在恒压的条件下测量.而且要保证系统不漏气。为便于测量和读数.能够考虑采用上文链接所示装置4的水平量气装置。催化剂的种类和浓度对过氧化氢在水溶液中的分解反应有较大的影响.而且对过氧化氢分解反应有催化作用的物质好多。所以.过氧化氢溶液应新鲜配制.而且最好是采用二次蒸镭水来配制。别的.所用催化刑的浓度（或质量）应正确.以便和文件值进行比较。表观速率常数k的正确度直接与Vt量正确度.所用量气管的内径和刻度应比较选择合适.使Vs大体在30—50ml左右。

和Vs的测量正确度相关。为保证Vt和Vs的测均匀；别的.过氧化氢溶液的初始浓度和体积要5.搅拌对实验也有影响。为进行比较.搅拌要合适.每次实验的搅拌情况尽量一致。水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编八、实验参照数据?实验条件温度：20°C压力：1.00868X105Pa反应系统：1%H202溶液10ml+0.2mol/LKI溶液2mI1%H202溶液10ml+0.4mol/LKI溶液2mIVt与时间的关系表2时间氧气体积(t/min)(Vt/ml)0123

下表1与表2分别表示对应于(1)和(2)的表1时间氧气体积(t/min)(Vt/ml)0.0000.001.6012.603.0025.604.1038.20水欧阳光明*创编56.50410.90水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编89.401011.901214.001416.101617.801819.502020.802323.102524.502826.203027.503529.904032.104333.204533.9045.10表观速率常数K=0.0311/min0.0805/min

513.50718.201024.201328.801531.501733.601834.602036.402237.802539.102841.003041.903543.103843.704044.0045.70对于反应液0）?由作图法求得的对于反应液（2）?则其K=水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编反应系统50ml0.10OOmoI/LH202+1.5ml1.0mol/LKI溶液.各温度下的表观速率常数以下：t=15°C时.k=0.0172/mint=25°C时.k=0.0387/mint=35°C时.k=0.0749/min九、思虑题一级反应的特点是什么？反应速率常数k与哪些因素相关？2.反应过程中采用电磁搅拌有什么好处？若是搅拌不均匀对实验结果有无影响？除用外推法之外.还可以够用其他什么方法来测定V??本实验为什么以胶塞塞紧的刹时.而不是以H2O2和KI混杂的刹时作为反应开始时间？如何检查系统可否漏气？如何理解水位瓶、量气管、水平管三液面在实验过程中应随时保持一致？习题详解十、参照资料1、郭子成、杨建一等主编.物理化学实验.P.90北京理工大学初版社(2004)水欧阳光明*创编*欧阳光明*创编2、吴子生主编.物理化学实验.P.226(2002