过氧化氢分解速率常数的测定Word文件下载.docx
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Ct为时间为t式的反响物浓度。
将式〔1〕积分得：
为反响开场时H2O2的浓度。
如将
（2）变换.可得：
该式子式是lnCt～t的直线方程。
反响进展过程中.测定不同时刻t时反响系统中H2O2的浓度Ct.取得假设干组Ct.t数据后.以lnCt对时间t作图.可得一直线.说明该反响为一级反响.其斜率为反响速度常数得负值－k.截距为㏑
。
三．
实验方法
实验条件的设计：
化学反响速度取决于许多因素.例如反响物的浓度﹑搅拌速度﹑反响压力﹑温度﹑催化剂等等。
某些催化剂可以明显地加快反响速度。
能加速H2O2分解的催化剂Pt﹑Ag﹑碘化物等等。
本实验用KI作为催化剂.在静态装置里测定H2O2分解反响的速度常数〔实验装置见第三局部〕。
H2O2在水溶液中分解释放出氧气的速率较慢.参加KI时.速率加快.其反响按下面的步骤进展.即
KI+H2O2====KIO+H2O
（慢）
（1）
KIO====KI+1/2O2
（快）
（2）
由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步为反响得控制步骤。
因而可以假定其反响的速率方程式为
式中.Ct为反响系统中反响到t时刻H2O2浓度.因KI在反响过程中浓度不变.故上式可以简化为
当
t＝0时.
Ct＝C0
t＝t时.
Ct＝Ct
定积分式为
积分结果
lnCt＝－kt＋㏑C0〔5〕
式〔5〕是lnCt～t的直线方程。
反响进展过程中.测定不同时刻t时反响系统中H2O2的浓度Ct.取得假设干组Ct.t的数据后.以㏑Ct对t作图.得一直线.说明该反响为一级反响〔准一级反响〕.直线斜率为－k
。
2、V∞的求取：
由反响方程式可知.在恒温常压下.H2O2分解的反响速度与氧气的析出速度成正比。
析出的氧气体积可由量气管测量。
在H2O2催化分解过程中t时刻H2O2的浓度可以通过测量相应时间分解放出的氧气的体积得出。
放出的氧气的体积与分解了的H2O2的量成正比.其比例系数为定值。
假设以Vt和Ct表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度.表示H2O2完全分解时量气管的读数.那么
Ct∝〔V∞－
Vt〕
ln〔V∞－Vt〕＝－kt＋lnV∞
〔6〕
如果以ln〔V∞－Vt〕对t作图得一直线.即验证是一级反响.由直线斜率m可求出速率常数k,m＝－k。
式〔6〕为ln〔V∞－Vt〕～t的直线方程.式中V∞为H2O2全局部解放出的氧气体积.反响温度及KI浓度一定时.它不随时间改变。
实验过程中只需要测定反响进展到不同时刻t时的H2O2分解放出的氧气体积Vt〔假设干个数据〕和反响终了时H2O2全局部解放出氧气体积V∞〔一个数据〕.以ln〔V∞－Vt〕对时间t作图得一直线.直线斜率为m＝－k.用作图法可求出反响速率常数k。
V∞可采用如下两种方法求取：
〔1〕外推法
以
为横坐标对Vt作图.将直线段外推至
＝0.其截距即为V∞
〔2〕加热法
在测定假设干个Vt数据之后.将H2O2溶液加热至50－60℃约15分钟.可认为H2O2以根本分解。
待完全冷却后.记下量气管读数.即为V∞
V∞也可以不测.由“数据处理〞中介绍的方法求出反响速率常数k
四．仪器和药品
实验装置一套〔见下列图〕
1.电磁搅拌器
2.锥形瓶
3.橡皮塞
4.三通活塞
5.量器管
6.水位瓶
5种实验装置优劣比拟
仪器和药品
量气管
50ml
一支
锥形瓶
250ml
一个
水准瓶
三通旋塞
电磁搅拌器
一台
移液管
10ml
量筒
二个
1％H2O2；
0.1mol/LKI溶液
五．实验步骤
1.将20ml蒸馏水和10ml0.1mol/l
KI溶液参加到锥形瓶中.塞紧橡胶塞。
2.试漏
如上图装置好仪器。
旋转三通活塞4于位置a.使系统与外界相通.举高水准瓶.使液体充满量气管。
然后旋转三通活塞到b.使系统与外界隔绝.并把水准瓶放到最低位置。
如量气管中液面在2分钟保持不变.即表示系统不漏气；
否那么应找出系统漏气的原因.并设法排除之。
读取量气管初始气体体积V0注意量气管读数时一定要使水准瓶和量气管液面保持同一水平面。
3.翻开橡胶塞.举起水准瓶.使量气管液面位于零刻度处.启动电磁搅拌。
把0.5ml1％H2O2与10ml蒸馏水混合.然后将其倒入锥形瓶中.迅速塞紧橡胶塞。
再塞紧胶塞的同时.记下反响时间。
4.反响开场后每隔2分钟读取量气管读数一次.20分钟后.每隔5分钟读取一次.直到量气管读数约为50ml时.实验完毕。
5.将锥形瓶加热至50-60℃.并保持大约15分钟。
再将其冷却至室温.读取量气管气体体积.即V∞
6.实验完成后.将锥形瓶反响器、量筒、移液管用蒸馏水洗净.搞好实验台卫生。
六．数据处理
〔1〕列出t、1/t和Vt的数据表.并以Vt对1/t作图.将直线段外推至1/t＝0.取截距即为V∞
〔3〕、计算在实验温度下.H2O2催化分解速率常数
k＝－2.303m
七、实验考前须知
对过氧化氢分解反响.影响实验结果得主要因素有温度、压力、催化剂的种类和浓度〔或质量〕、搅拌情况及Vt和V∞的测量准确度。
根据这些影响因素.实验中的考前须知有：
1.温度直接影响量气管中的气体体积的测量值.因此除了对反响体系恒温外.还要对量气管进展恒温.恒温精度要到达土0.1℃。
另外和其它反响一样.在低温时Vt测量间隔可以稍长.而当反响温度较高时.那么Vt的测量间隔应适当缩短.以便得到一定数量的准确的Vt值。
2.本实验因为是通过测量不同反响时刻放出氧气的Vt及V∞来求k的数值.所以需要在恒压的条件下测量.而且要保证体系不漏气。
为便于测量和读数.可以考虑采用上文所示装置4的水平量气装置。
3.催化剂的种类和浓度对过氧化氢在水溶液中的分解反响有较大的影响.而且对过氧化氢分解反响有催化作用的物质很多。
所以.过氧化氢溶液应新鲜配制．而且最好是采用二次蒸馏水来配制。
另外.所用催化刑的浓度（或质量）应准确.以便和文献值进展比照。
4.表观速率常数k的准确度直接与Vt和V∞的测量准确度有关。
为保证Vt和V∞的测量准确度.所用量气管的径和刻度应比拟均匀；
另外.过氧化氢溶液的初始浓度和体积要选择适宜.使V∞大致在30一50ml左右。
5.搅拌对实验也有影响。
为进展比拟.搅拌要适当.每次实验的搅拌情况尽量一致。
八、实验参考数据
1.实验条件
温度：
20℃
压力：
1.00868×
105Pa
反响体系：
〔1〕1％H2O2溶液10ml＋0.2mol/LKI溶液2ml
〔2〕1％H2O2溶液10ml＋0.4mol/LKI溶液2ml
下表1与表2分别表示对应于〔1〕和〔2〕的Vt与时间的关系
表１ 表２
时间
氧气体积
〔t/min〕
〔Vt/ml〕
〔t/min〕
0
0.00
1
1.60
2.60
2
3.00
5.60
3
4.10
8.20
5
6.50
4
10.90
8
9.40
13.50
10
11.90
7
18.20
12
14.00
24.20
14
16.10
13
28.80
16
17.80
15
31.50
18
19.50
17
33.60
20
20.80
34.60
23
23.10
36.40
25
24.50
22
37.80
28
26.20
39.10
30
27.50
41.00
35
29.90
41.90
40
32.10
43.10
43
33.20
38
43.70
45
33.90
44.00
45.10
45.70
对于反响液〔1〕.由作图法求得的表观速率常数
K＝0.0311/min
对于反响液〔2〕.那么其K＝0.0805/min
2.反响体系
50ml0.1000mol/LH2O2＋1.5ml1.0mol/LKI溶液.各温度下的表观速率常数如下：
t＝15℃时.
k＝0.0172/min
t＝25℃时.
k＝0.0387/min
t＝35℃时.
k＝0.0749/min
九、思考题
1.一级反响的特点是什么.反响速率常数k与哪些因素有关.
2.反响过程中采用电磁搅拌有什么好处.如果搅拌不均匀对实验结果有无影响.
3.除用外推法之外.还可以用其它什么方法来测定V∞.
4.本实验为什么以胶塞塞紧的瞬间.而不是以H2O2和KI混合的瞬间作为反响开场时间.
5.如何检查体系是否漏气.
6.如何理解水位瓶、量气管、水准管三液面在实验过程中应随时保持一致.
习题详解
十、参考资料
1、郭子成、建一等主编.物理化学实验.P.90理工大学〔2004〕
2、吴子生主编.物理化学实验.P.226〔2002〕
3、马堡富主编.物理化学实验.P.98化学工业〔1987〕
4、复旦大学等.物理化学实验.P.117人民教育〔1979〕
十一、创新型实验
1、程淑玉、登贵、朱泉晓过氧化氢催化分解实验的改良
摘要：
改良了过氧化氢分解的实验装置.从而改善了数据处理方法.无需测量反响完全后放出氧气的体积V∞
2、何蜀湘、强国对过氧化氢催化分解速率常数测定实验的改良
改良了过氧化氢催化分解实验的实验装置
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