物化实验过氧化氢分解

/过氧化氢分解一、目的1．用测压法测定Ｈ２O2分解反应的速率常数和半衰期；2.熟悉一级反应的特点，了解反应浓度、温度和催化剂等因素对一级反应速率的影响。二、原理1．凡是反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应为一级反应。Ｈ2O2的分解反应即属一级反应:H２O2＝1/2O２＋H2Ｏ其反应速率方程可写为:式中ｋ为反应速率常数，cA,t为时间t时的反应物浓度,积分得式中cA，0为反应开始时的初浓度。以ｌｎcＡ,t对时间ｔ作图，可得一直线,其斜率为反应速率常数的负值－k,截距为ｌｎcA，0。当cＡ，ｔ=0。５cA，0时,则ｔ可用ｔ１／2表示，即反应的半衰期。t１/2=ln2/k可见,在温度一定时，一级反应的半衰期与反应速率常数成正比，而与反应物的起始浓度无关。图1测压法实验装置(１)微压差测定仪;（2）导气管;(3)外循环恒温水浴槽；（４）反应液；（５)磁力搅拌器2。图1测压法实验装置(１)微压差测定仪;（2）导气管;(3)外循环恒温水浴槽；（４）反应液；（５)磁力搅拌器3.动力学研究常通过间接测定与反应物或产物浓度呈一定数学关系的物理量随反应时间的变化来考察反应的速率和机理。本实验采用测压法进行研究［1]，装置如图１.（本次实验测定室温下的速率，未配套外循环恒温水浴装置）。使H2O2分解反应在一个体积固定的体系内进行，反应过程放出的O２将使系统内压强增加，通过与反应瓶相连的微压差测定仪跟踪压强增值随时间的变化研究反应的进程.若p∞表示H２O２全部分解时体系的最终压强增加值;pｔ表示表示经反应时间t后体系的压强增加值，由于恒温条件下有∝(ｃA，0—cA，ｔ）∝pt，∝cＡ，０∝ｐ∞,则速率方程的积分式亦可表示为:以ln［(p∞－pt)/Pa]对作图，由直线的斜率也可求得速率常数ｋ。p∞可以采用以下两种方法求取：（1）外推法,以1/ｔ为横坐标对pt作图,将直线段外推至1/ｔ=0（即t为∞），截距即为p∞。该法须使反应接近完全方可相对准确的推出截距。(2）加热法，即在测定若干pｔ后,将反应瓶置于50-6０℃下约15ｍｉn,促进H2O2快速完全分解，再冷却回原反应温度,记下的压强即为p∞。也可以不测ｐ∞，而用Gｕggenheim法数据法处理。公式推导如下：以ln［（pt+Δ—ｐt）/Pa］对作图，由直线的斜率也可求得速率常数k。Δ应取半衰期的2～3倍，因此应用该法的前提是反应须进行到接近完全。为了便于数据处理，一般取相同间隔的整数时间读数。4。实验内容的设计O2是一种价廉的、强氧化性的绿色氧化剂，在纸浆氧漂、有机污水的湿法催化氧化处理（ＷＡO，CａｔalytiｃWetOxidation）等领域中的应用[2,3]日益引起人们的重视。但常温附近O2起氧化作用的速率太慢，制约了它的实际应用.从催化原理来说,能显著促进H2O２分解的催化剂同样能促进逆反应O2生成H2O2速率的提高，继而提高Ｏ２的氧化作用速率。本实验任选一个实验条件,测定Cu2+、Fe３+对H2O２分解的催化活性及溶液的酸碱性对分解的影响,作为其应用的前期探索.三、仪器和试剂1。仪器:微压差测定仪,磁力搅拌器,25０mＬ锥形瓶（配单孔橡皮塞),50mL量筒，1ｍＬ吸量管5根，吸耳球，铁架台,铁夹,计时器（自备）。2.试剂：０．5ｍol/L的Ｃu(NO３）2、0。5ｍoｌ/LFｅ(ＮO3）３、3％H2O2、０．１ｍoｌ/L的NaOH、0．１mｏl/ＬHＣｌ.四、实验步骤取５0mL蒸馏水于洁净的锥形瓶中,加入1mL的催化剂（二选一),放入洁净的搅拌磁子，开启搅拌。加入0.５mL酸或碱或不加(三选一）混匀。关闭磁力搅拌！移取1mL3％H2O2溶液,注入装有催化剂的锥形瓶中，塞紧瓶塞。将微压差测定仪置零，开启磁力搅拌器同时开始计时。过氧化氢分解放出的氧气使系统压力增高。每隔1ｍｉｎ记录一次微压差测定仪显示的系统压力增加值，直至反应接近完全为止。五、数据处理表1数据记录与处理示例t／miｎｐt/Pat+２0（?)mｉn/minpt+20min/Ｐａｐt+20mｉｎ-ｐｔ／Paln［(pt+20miｎ－ｐt表1数据记录与处理示例t／miｎｐt/Pat+２0（?)mｉn/minpt+20min/Ｐａｐt+20mｉｎ-ｐｔ／Paln［(pt+20miｎ－ｐt）/Pa]1２12２2323424５2５62672７８289２91030...．。。实验条件:实验温度：℃，催化剂:，介质酸碱性：（注：Δ根据实验具体结果选取,不可一概模仿本记录表的20mｉｎ。）2。结论:(１)t１/2=,（２）比较同学间的实验结果,的催化分解活性更强;(3）比较同学间的实验结果,在性介质中的稳定性更强;(４）比较同学间不同温度下的实验结果，在条件下，T1=K时,k１＝,T２=K时，ｋ2＝,图2ln（pｔ+20miｎ-图2ln（pｔ+20miｎ-pt）~t关系效果图六、注意事项１.实验过程必须保证反应体系的密闭性;２．实验过程必须避免外界气温的波动引起压强误差；3.反应前的一系列操作—注入H2Ｏ2、加塞、微压差测定仪置零、启动磁力搅拌器、按下秒表计时,要迅速而有条理.4．思考题参见“蔗糖水解实验”七、参考文献图３测体积法装置［1]图３测体积法装置［1](1)电磁搅拌器；（2)２50mＬ锥形瓶；（3）催化剂托盘;（4）三通旋塞；（5）50mＬ量气管；（６）旋塞；（７)水位瓶2．卢义程，赵捷夫,陈玲．高浓度乳化废水处理中铜系催化剂催化活性比较。上海环境科学，200２;２１(４）：199—2０１．3。李启良，陈建林。催化氧化法处理有机废水催化剂的选择应用．污染防治技，20０3；1６（2)：３4－