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 +。2(1) 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 + IO (A) H2O2 + 10一 H20 + 02(B) 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.= k^Cio- 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「= 2k^Cio- -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C°H2O2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CKMn()4 ^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50—60°C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/2O2=l/2 C°H2O2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25°C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25°C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50°C, 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