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过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

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过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

一、实验目的

1)了解过氧化氢催化分解反应速率常数的测定方法。

 2)熟悉一级反应的特点,了解催化剂对反映速率的影响。

 3)掌握用图解计算法求反应速率常数。

二、实验用品

1)了解过氧化氢催化分解反应速率常数的测定方法。

 2)熟悉一级反应的特点,了解催化剂对反映速率的影响。

 3)掌握用图解计算法求反应速率常数。

三、实验原理与技术

过氧化氢很不稳定,在常温下的分解反应式为:

 H2O2H2O+1/2O2         (Ⅰ)

 KI作用下的分解反应机理为:

 H2O2+KIKIO+ H2O (慢)    (Ⅱ)

 KIOKI+1/2O2   (快)    (Ⅲ)

 (Ⅱ)式是H2O2分解的速控步骤,H2O2分解反应的反应速率方程为:

 dcH2O2/dt=k´cH2O2·cKI              

(Ⅳ) 因为cKI近似不变,(Ⅳ)式可简化为:

 dcH2O2/dt=kcH2O2               (Ⅴ)

(其中k=k´cKI)。

 H2O2的催化分解反应为一级反应,对(Ⅴ)式积分可得:

lnc/ c0=kt    (Ⅵ)

(其中c0H2O2的初始浓度;

c为反应至t时刻H2O2的浓度;

kH2O2的催化分解反应的速率常数)。

 反应的半衰期为: t1/2= ln2/k=0.693/k          (Ⅶ)

在等温等压条件下,在H2O2的分解反应中,氧气体积增长速率反映了H2O2的分解速率,本实验就是通过测定不同时刻放出的氧气的体积,间接地求出H2O2在相应时刻的浓度,这种方法称为物理法。

 令ⅴ∞表示H2O2全部分解放出的O2的体积;ⅴt表示反应至t时刻放出的O2的体积;则由(Ⅰ)式可看出:定温定压下反应产生的O2的体积ⅴt与被消耗的H2O2的浓度成正比,而ⅴ∞则与H2O2的初始浓度成正比,且两者比例系数为定值,则:c。∝ⅴ∞;c∝(ⅴ∞-t)。

 代入(Ⅵ)式可得:ln[(ⅴ∞-t/ⅴ∞]=kt        (Ⅷ)

 ln(ⅴ∞-t=kt lnⅴ∞                   (Ⅸ)

 (其中ⅴ∞可以通过外推法或加热法求得)。

四、实验步骤

1)组装仪器(实验室工作人员已经装好)。

2)先用量筒量10mL蒸馏水和用吸量管吸取5mL 0.1mol·L-1KI溶液注入反应器的一室;再用另一支吸量管吸取5mL质量分数为2%H2O2溶液于另一室。(注:此过程中各室的溶液都不能滴漏于另一边)。接着,盖好瓶塞,查漏。方法如下:

水准瓶装入一定量蒸馏水,旋转三同活塞,使体系与外界相通;高举水准瓶,使量气管的水平面达到0.00mL(即ⅴ0)刻度处,然后再旋转三通活塞,使体系与外界隔绝,水准瓶放回实验台面。2min内保持不变,则表示不漏气;否则,要找出原因,排除它。

3)倾斜反应器,使KI溶液流入H2O2溶液中,立即开启秒表,混合溶液两室中反复转移34次,zui后全部停留在一室,平稳且力度适中地摇匀。(注:反应器必须与量气管相通)(4)每隔一定时间(大约产生3.00mLO2),分别读取量气管的读数和记下对应的时间,812组即可。(注:每次水准瓶的液面与量气管的液面保持在同一水平方可读数)

5)反应器于55℃水浴中加热,至没小气泡产生(约为20min),取出反应器,冷却至原温,然后读数,至相邻读数的差值不超过0.02mL为止,记为ⅴ水浴。它与ⅴ0的差值即为ⅴ∞。

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