过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

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：

 H2O2→H2O+1/2O2         （Ⅰ）

 在KI作用下的分解反应机理为：

 H2O2+KI→KIO+ H2O （慢）    （Ⅱ）

 KIO→KI+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：

ln（c/ c0）=－kt    （Ⅵ）

（其中c0为H2O2的初始浓度；

c为反应至t时刻H2O2的浓度；

k为H2O2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∞-ⅴt）。

 代入（Ⅵ）式可得：ln[（ⅴ∞-ⅴt）/ⅴ∞]=－kt        （Ⅷ）

 →ln（ⅴ∞-ⅴt）=－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%的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3－4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，8－12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∞。