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过氧化氢催化分解反应速率常数的测定标签：分类：药学资料化学实验报告过氧化氢反应速率常数教育一、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、仪器玻璃反应容器1个、水准瓶1个、50mL量气 管1个、超级恒温槽1套、三通活塞1个、秒表1块、10mL量筒1个、5mL吸量管2支、胶管 3m。2、药品质量分数为2%的H2O2溶液（新鲜配制）、O.lmolKI溶液。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：H2O2IH 20+ 1/202（I）在KI作用下的分解反应机理为：H2O2+KI f KIO+ H 2O （慢）（H）KIOf KI+1/20 2（快）（川）（D）式是H2O2分解的速控步骤，H2O2分解 反应的反应速率方程为：一 dCH2O2 /d t= k CH2O2 CKI(W)因为CKI近似不变,（W ）式可简化为:一 dCH2O2 /d t= 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：In (c/ co) = kt (W)（其中co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:ti/2= In 2/k=0.693/k(W)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 H 2O2全部分解放出的O2的体积;v t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V t与被消 耗的H2O2的浓度成正比，而V占则与H2O2的初 始浓度成正比，且两者比例系数为定值，贝V： CoOCV OOCO(V O- Vt)o代入(W)式可得:ln(V O- V t )/ V oo =kt(W)f In(V O- V t)=kt+ In vo(K)（其中V c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 O.lmol 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O.OOmL （即vO）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，最后全部停留在一室，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 C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vO的差值即为v 8。五、实验数据记录与处理1、室温 26.0C ； 气压 100.90Kpa ; v g 34.80mL关于 t、1/t、v t、(v g- v t)和 In (v g v t)的数据表:t/s1/t /s -1v t/ mL(vg - v t) /mLln (vg - v t)2344.27 X 10-33.2231.583.453782.65 X 10-36.8427.963.3350132.00 X 1010.8223.983.1866131.51 X 1014.0020.803.0385631.17 X 1017.2417.562.87121030.83 X 1020.9213.882.63144230.69 X 1024.6510.152.32174330.57 X 1028.286.521.87234230.43 X 1031.603.201.162、以v t对1/t作图，外推至1/t=0，得截距 即为v g。将其与实验值v g比较，并简单讨论 之。i /1-v t ES星讨论：外推可得V 8 =38.20 mL而实验值为34.80mL;由此可见外推得到的值大了一点，原因应该 是后面记录的三个数值相对偏大了， 而导致那段 线段较陡，最终导致外推时也相对向上移动了较 大的一段。3、以In (v - v t)对t作图，由直线的斜率 计算反应速率常数k (作图求斜率时，取氧气析 出15%85%之间的点)。t-Ln(V -讥)图4.004A占OO52OOO2OO S1POO-O斜率 m= (3.00 2.71) -(1000 738)=0.29 262 1.10 X 10故 k= m=1.10 X0 34、计算H2O2的分解反应的半衰期。解：廿/2=1 n2/k=0.693/k=0.693 ( 1.10 103) 630s七、实验分析与讨论1、开始反应的前段时间，由于反应物混合尚 为均匀，反应速率较慢，而导致时间间隔较大； 随着反应的进行，反应逐渐趋于稳定，而产生的 氧气的量也相对均匀了很多。但是我认为，前段 反应时间间隔大的原因还可能是产生的部分氧 气要用来填充胶管，而当我们以大约 3mL为间 隔记录数据时，实际上已反应产生比这个 3mL 偏大很多的氧气了，当然它相对就要花掉较多一 点时间。2、由t In (v g v t)图可以看出，反应前 段时间产生约为等体积的氧气时所需的时间也 大约一样；但是随着反应的进行，时间的间隔也 慢慢地增大。从中可知道，反应速率不仅与温度 有关系，而且与反应物的浓度有关，呈正比。六、思考题1、读取氧气体积时，量气管及水准瓶中水面 处于同一水平面的作用何在？答：反应开始前量气管里水面所受的压力与 水准瓶水面所受的压力是一样的，都是 P。反应 开始后，由于氧气的产生，水面所受的压力增大 而降低。读取氧气体积时，使量气管及水准瓶中 水面处于同一水平面，就是继续保持内外的压力 相等，有利于准确读取在t时刻产生氧气的体积。2、用v X数据可以计算H2O2的初始浓度co, 如用KMnO 4溶液滴定H2O2溶液，求得H2O2 的初始浓度co,再由co计算v x是否可以？答：可以；因为KMnO 4溶液滴定H2O2溶液时，有以下 关系式：2 Mn0 4 5 H2O2T 5 O2;当知道滴定 KMnO 4溶液的浓度和用掉的体积以及被滴定的 H2O2溶液的体积，而先求得co;接着就可根据 关系式求得氧气的物质的量；又因为此时可以把 氧气当作理想气体，最后就可以根据理想气体方 程：PV=nRT，求得 V （即 v x）。3、H2O2和KI溶液的初始浓度对实验结果是 否有影响？应根据什么条件选择它们？答：有影响；因为v 与 H2O2的初始浓度co成正比，而k 又与催化剂KI溶液的浓度成正比，所以说它们 对实验结果是有影响的。应根据量气管的量程大小和反应的快慢程度 来选择它们。