实验14-过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

河北科技大学教案用纸第4页第次课4学时本次课题（或教材章节题目）：实验14过氧化氢催化分解反应速率常数的测定教学要求：理解过氧化氢催化分解反应速率常数测定的基本原理，掌握磁力搅拌器和皂沫流量计的操作方法，能根据拉格朗日中值定理，使用不测V∞求取速率常数。重点：掌握测定过氧化氢催化分解反应速率常数；掌握通过测量反应系统的体积跟踪反应系统浓度从而研究反应速率的方法。难点：产生高质量肥皂泡的方法；实验数据处理方法的掌握教学手段及教具：演示讲授，实际操作。讲授内容及时间分配：演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理0.5h学生实验操作3.5h课后作业对实验数据进行处理，完成实验报告各项内容。参考资料1河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学出版社，20052复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，19933郭子成等，用数据处理新模型测定H2O2分解的活化能，化学通报，2006，9，7154郭子成等，简单一级反应数据处理的一个新模型，化学通报，2000，4，47实验14过氧化氢催化分解反应速率常数的测定一、实验目的测定过氧化氢催化分解反应速率常数；2.掌握通过测量反应系统的体积跟踪反应系统浓度从而研究反应速率的方法。二、实验原理过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行的很慢。加入催化剂能够提高分解速率。过氧化氢分解反应的化学计量式如下：H2O2(l)=H2O(l)+1/2O2(g)若以KI为催化剂，在KI作用下催化分解步骤为：KI(l)+H2O2(l)=KIO+H2O(l)（慢）KIO=KI(l)+1/2O2(g)由于第一步的速率比第二步慢得多，所以，第一步为反应的控制步骤。因而可以假定其反应的速率方程式为：-dcA/dt=k’cKIcA式中，cA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，故上式可简化为-dIcA/dt=kIcA（14.1）式中k=k’cKI,将上式分离变量积分：当t=0时，CA=C0；t=t时，CA=Ct;定积分式为：（14.2）积分结果：（14.3）式是的直线方程。反应进行过程中，测定不同时刻t时反应系统中氧气的浓度ct，取得若干组ct、t的数据后，以lnct对t作图，得一直线，表明该反应为一级反应（准一级反应），直线斜率为-k。物理化学的研究方法是采用物理的方法测定反应系统某组分的浓度，所谓物理的方法是利用反应系统某组分或各组分的某些物理性质（如体积、压力、电动势、折光率、旋光度等）与其有确定的单值函数关系的特征，通过测量系统中该物理性质的变化，间最后记录好数据后，求出相邻两数据的差值备查。六、实验记录实验温度：测量前T0=25.1℃；测量前Td=24.9℃；平均温度Tm=25℃大气压强：测量前P0=101.94kPa；测量后Pd=101.98kPa；平均大气压强：101.96kPaKI溶液原始浓度c0=1.0mol/dm3；KI的反应液浓度cd=0.0536mol/dm3；H2O2溶液原始浓度c0=0.88mol/dm3；H2O2的反应液浓度cd=0.047mol/dm3。表14.1实验数据记录表时间t/min02468101214O2体积Vt/cm303.155.047.5410.3312.1016.4818.55时间t/min1618202224262830O2体积Vt/cm320.4022.2324.0925.7327.3628.9730.2431.30七、实验数据处理1.实验数据的校正由于反应体系有水存在，故计量的氧气体积中有水蒸气存在，因此需要校正，扣除水蒸气。校正公式为：2．不测V∞求取速率常数(参见郭子成等，简单一级反应数据处理的一个新模型,化学通报,2000，63（4），47)的方法。将(14.4)式变形为：V∞-Vt=V∞e-kt(14.5)将上式对时间求导数得：dVt/dt=kV∞e-kt（14.6）再取对数得：ln（dVt/dt）=ln(kV∞)－kt（14.7）显然，以ln（dVt/dt）对t作图得一直线，由直线的斜率即可求得k。具体作法是：将测得的Vt～t数据作图并进行圆滑处理，在圆滑后的曲线上用镜面法求不同时刻t时的dVt/dt值，有了dVt/dt数据，即可按本法获取速率常数。dVt/dt值也可按等面积图解微分法在圆滑曲线上取值获得，具体方法见《物理化学》第四版，第212～215页例11.3.1（王正烈等编，高等教育出版社出版）。表14.2不测V∞数据处理记录表1时间t/min校前O2体积V/cm3校后O2体积V/cm3圆滑后O2体积V/cm3dVt/dtln(dVt/dt)000-0.423823.153.0522.4811.4220.352345.044.8835.2651.3620.309367.547.3067.9301.3030.2643810.3310.0110.481.2430.21731012.111.7212.901.1830.16791216.4815.9715.211.1230.11591418.5517.9717.391.0630.061111620.419.7719.461.0030.0031351822.2321.5421.410.9433-0.058412024.0923.3423.230.8834-0.12402225.7324.9324.940.8235-0.19422427.3626.5126.530.7636-0.26972628.9728.0727.990.7037-0.35142830.2429.3029.340.6439-0.44033031.330.3330.57直线的斜率m=-0.03，所以反应的速率常数k=-m=0.03min-1。八实验思考练习⒈如何检查漏气？答：观察几分钟，产生的肥皂泡不下降。2.若用加热法