过氧化氢的催化分解实验报告

过氧化氢的催化分解 一、实验目的 1. 用静态法测定H2O2分解反应的速度常数和半衰期。 2. 熟悉一级反应特点，了解反应物浓度、温度、催化剂等因素对一级反应速度 的影响。 3. 掌握量气技术和体积校正，学会用图解计算法求出一级反应的速度常数。 二、实验原理 1. 凡反应速度只与反应物浓度的一次方成正比的反应，称为一级反应，实验证 明H2O2的分解反应如下 2H2O2 一 2田0 。21 2. 若该反应属于一级反应，则其速度方程应是 2 dCfOi dt 式中CH2O2一时间t时的田。2浓度； S反应速度常数。 3. 化学反应速度取决于许多因素，如反应物浓度、搅拌速度、反应压力、温度、 催化剂等等。某些催化剂可以明显的加速H2O2的分解，它们有Pt、Ag、MnO2、 FeCh、碘化物。本实验用1一具体用KI作为催化剂。由于反应在均匀相溶 液中进行，故称为均相催化反应。 设该反应为一级反应，且按下列式进行 H2O2 1一 H20 IOA H2O2 10一 H20 02B 则因-「 d _kc c dt 一 WeS 其总反应速度为上两式之和，即 \h2o2 \a _ \pH2O2 \b dtdt -竺些kACr kBcin_ cH o J/\ A / B I。J H2O2 k\Ci. kCio- 亦即反应速度应为 由于催化剂在反应前后的浓度是不变的，G一或G。一就可视为常数，令6aC「 2kCio- -令 2加,。一岛必 最后得 d （Z* U c 些kC⑶ dt 心⑵ 若反应（A）的速度慢于反应（B）,则整个反应速度决定于反应（A）,因 而可假定其速度方程式，即为 土0 u r . r dt △厂也。2 从而亦可简化为 （1- TT C 冬k c . c dt A 1 式（3）表示，H2O2的分解反应为一级反应。 尽管*会因G一而变，但对H2O2分解来说，则仍是一级反应。 4. 一级反应的积分式为 lnG/202 -妇 In SH2O2（4） 上式中CH2O2是反应开始时H2O2的浓度（摩尔/升） 公式（4）为直线方程，故我们若以lnCH2O2对时间作图而得一直线时，则可 验证反应为一级反应。该直线之斜率为云，截距为1心2。2。 5. 由于分解过程中放出的氧气体积与已被分解的H2O2浓度成正比，比例常数为 定值，故在相应时间内分解放出氧的体积即可得出时刻t的H2O2浓度。 令Vf表示H2O2全部分解时产生的02气体体积。vt表示在t时刻分解所放出 的02气体体积，则显然 C0H2O2 00 VfCh2O2 00 （ Vf-Vt） 代入（4）式，得 In （Vf-Vt） - kt InVf（5） 吟可由H2O2的体积及浓度算出。标定上2。2之方法如下按其分解反应的 化学方程式可知一摩尔H2O2放出1/2摩尔。2,在酸性溶液中以高镒酸钾标准溶液滴定田。2 ,求出C*H2O2，就可由下式算出Vf 八CKMn4 KMnO4 Ch2o2 H2。2 c V V 丑2。2丑2。2 RT 瓦 P02一氧分压即大气压减去实验温度下水的饱和蒸汽压。 J即量气管的温度（K） V亦可采用下面两种方法来求得 （a）外推法以1〃为横坐标，对峪作图，将直线外推至1//0,其截距即V。 （b）加热法在测定若干个峪数据后，将压。2加热至5060C约15分钟， 可认为H2O2已基本分解完毕，待溶液冷却到实验温度时读出量气管读数即为 Vf,同学们可自择二者之一，与滴定结果作对照。 6, 当G/2O2l/2 CH2O2时,7可用，1/2表,称为反应半哀期，代入式（4）得 In 2 0.693际 1/2 （8） 上式表示当温度一定时，一级反应的半衰期与反应速度常数成反比，与反 应初浓度无关。 三、仪器和药品 1. 仪器玦。2分解速率测定装置；滴定管；秒表；移液管（5、10、20ml）；锥 形瓶（150、250ml）。 2, 药品玦。2溶液（质量分数为2）； KI溶液（0.1mol/L）； H2SO4溶液（3.0mol/L） KM11O4标准溶液（0.05mol/L）o 四、实验步骤 1. 在图20-1所示装置中，将水准球内加水，使水位与量气管满刻度处齐平。（打 开三通活塞，使大气与量气管相通）。与此同时调节恒温槽温度。 2. 调节恒温槽温度在1000ml烧杯中加入250ml水，水温控制在25C左右并使在 实验中能够基本恒定。烧杯放在搅拌器座上。夹好测温用温度计。 3. 用移液管移取己恒温至25C的10ml水放入洁净干燥的锥形瓶中，再移取10ml 已恒温到同样温度的H2O2注入到锥形瓶中。将已准确称量好的KI试剂0.160克 小心放在液面上勿使KI与液面接触，最后塞好橡皮塞，进行试漏。 4. 把锥形瓶小心的放入恒温槽，将三通活塞4旋与大气、量气管都相通，举高 水准球使量气管充满水，然后再旋活塞4切断与大气的通路，但仍使系统内部 联通，将水准瓶放到最低位置，若量气管中水位在2分钟内保持不变，说明系统 不漏气，可以进行分解反应。 5. 旋动三通活塞与大气相通，使水面恰在量气管“0”刻度处，然后切断大气通路, 打开搅拌器开关，同时记下时间，此时KI容器倾倒，KI溶于H2O2溶液中，分解 反应开始，当。2开始释放出后应随时保持水准瓶和量气管液面在一水平线上。定 时（每2.0分钟）读出量气管中气体体积（或定体积地读出反应时间，每5mL读 一次）。直到量气管中。2体积超过50mLo 6. 选用加热求时，接通电源使水浴升温，温度可达到50C, 一刻钟后从水浴 中移出反应瓶，冷却至室温后读出量气管读数V和7 （k）,记下当时的大气压力， 计算出此。 7. 最后标定所用压。2的原始浓度用移液管取2ml H2O2放在锥形瓶中，加入10ml 3mol/LH2SO4酸化后用已知浓度的KM11O4标准溶液滴定至淡红色为止。 8. 根据公式7计算出H2O2的浓度。 图19-1 H2O2分解速率测定装置（在注入溶液前先将搅拌棒放入锥形瓶中）。 1-电磁搅拌器；2-锥形瓶；3-橡皮塞；4-三通活塞；5-量气管；6-水准瓶 五、数据记录和处理 1. 数据记录 时间/min O2气体体积 V/ml 0 0.1 2 5.5 4 10.5 6 13.0 8 17.0 10 20.5 12 22.0 14 24.0 16 27.0 18 28.5 20 30.5 22 32.0 24 33.5 26 35.0 28 36.5 30 38.0 32 38.5 2. 计算田。2的初始浓度及Vf,列出7、峪、CVf-V,及In岭-峪表。 标定2ml任。2用去0