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1、精品名师归纳总结试验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数一、试验目的1. 学习使用量气法讨论过氧化氢的分解反应2. 明白一级反应的特点，把握用图解运算法求反应速率常数。二、试验原理2H2O2在室温下，没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，但加入催化剂如 Pt、Ag 、MnO 2、碘化物时能促使其较快分解，分解反应按下式进行：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结H 2O2 H2O +1 O2C2-1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在催化剂 KI 作用下， H2O2分解反应的机理为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结H2O2+KI KIO+H 2O（慢
2、）C2-2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结KIO1KI+ 2O2（快）C2-3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结整个分解反应的速度由慢反应 C2-2打算：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dcH2O 2kccC2-4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dtH2 O2KIH 2O 2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结H 2O 2式中c表示各物质的浓度 mol.L-1，t为反应时间 s，k为反应速率常数， 它的大小仅打算于温度。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结在反应中作为催化剂的 KI 的浓度保持不变，令 k1k
3、H OcKI ，就可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2 2dcH2O 2k cC2-5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结dt1H2 O2式中k1为表观反应速率常数。此式说明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。将上式积分得：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ln ctk1tln c0C2-5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中c0、ct分别为反应物过氧化氢在起始时刻和 t时刻的浓度。反应半衰期为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结t1/ 2ln 2 k10.
4、693k1C2-6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结由反应方程式可知，在常温下，H2O2分解的反应速度与氧气析出的速度成正比。析出 的氧气体积可由量气管测量。令 V表示H2O2全部分解所放出的 O2体积， Vt表示H2O2在t时刻放出的O2体积，就 ctVVt 。将该关系式带入 C2-5，得到可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结lnVVt k1tln VC2-7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结本试验采纳静态法测定 H2O2分解反应速率常数，试验装置见图 C2-1。三、仪器和试剂1. 试剂序号名称纯度/ 规格浓度1H2 O2溶液化学纯0.35 %精确浓度
5、待标定A.R.2KIs分子量Mr= 166.00 g mol-13H2 SO4溶液化学纯3 mol L -14KMnO 4 标准溶液A.R.molL-15蒸馏水6凡士林7纸巾2. 仪器序号仪器名称型号数量备注1H2O2分解反应速率测量装置1见图C2-12电子天平AB204-N2公用3福廷式气压计1公用4水银温度计分度值 0.1 oC2公用5秒表16茄形瓶100 mL37移液管10 mL，25 mL18酸式滴定管50 mL19量筒25 mL110锥形瓶150 mL311塑料盖312镊子113磁搅拌子1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图C2-1 H2O2分解反应速率测量装置四试验方
6、法和试验条件的设计1. 借助于试验装置和试剂， 如何能获得用 KI 作催化剂时 H2O2分解反应的表观反应速率常数k1？可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. 令k1kH OcKI，假设要进一步验证该反应对 KI 的确为一级反应，即 =，1并要获可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结222 2得该反应的速率常数试验。kH O，在目前的试验条件仍要如何设计试验？请写出试验思路并完成可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3. 化学反应速率取决于很多因素，如反应物的浓度、搅拌速度、温度、催化剂等。除 碘化物外，能加速
7、H2O2分解的催化剂仍有 Pt、Ag 、MnO 2、Fe等等。在试验时间答应的范畴内，可转变试验条件，考察其他条件对H2O2分解反应的表观反应速率常数 k1的影响，进一步丰富该试验内容。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结五、试验步骤1. H2O2分解反应速率测量装置见图 C2-1。用移液管移取 25 mL浓度约为 0.35 %的H2O2溶液放入茄形瓶中，加入磁搅拌子。用电子天平精确称量 50 mg左右的 KIs 放入到小塑料盖内， 再用镊子将其当心放入到盛有 H2O2溶液的茄形瓶中，让盖子漂浮在液面上，不能让 H2O2接触到KIs 。2. 试漏。旋转活塞 4使量气管与大气相通，举
8、高水准瓶，使液体布满量气管。然后旋紧磨口塞3，通过反复调整水准瓶和活塞 4到合适的位置，让反应体系和量气管相通而与大气隔绝的情形下邻近。读取量气管液面对应的读数。然后把水准瓶放在较低的位置，假设量气 管中的液面仅在初始有下降，而在随后2 min内保持不变，表示系统不漏气。否就应找出系统漏气的缘由，并设法排除之。留意：读取量气管读数时务必使水准瓶内液面和量气管内液面处于同一水平。提示：系统漏气多发生在茄形瓶磨口塞处，可涂抹凡士林或真空脂。3. 用手摇动茄形瓶，使塑料盖中的 KIs 与H2O2充分混合，记录反应起始时间，同时开启电磁搅拌开关，调剂搅拌速度至中档。4. 每隔肯定时间读取量气管内液面所
9、对应的刻度一次，直至反应进行到10 min 12 min左右，记录的试验点有 78个即可终止本次试验。为防止量气管内因气压增大而漏气，在液面下降的同时，应渐渐移动水准瓶，使两液面大致保持在同一水平面，直至反应终止。5. 转变催化剂 KIs 的量分别为 100 mg和150 mg左右重复上面的试验。-1-16. 过氧化氢的精确浓度的标定。移取 H2O2溶液10 mL 置于150 mL锥形瓶中，加入 10 mL 3 molL H2SO4溶液，用 molL KMnO 4标准溶液滴定至淡粉红色，读取消耗 KMnO 4标准溶液的体积。重复三次，取平均值。六数据处理+1. 试验中 V可用化学分析法测定。先
10、在酸性溶液中用KMnO 4标准溶液滴定求出过氧化氢的起始浓度，滴定反应为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结42MnO -6H + 5H2O22Mn 2+ + 5O2+8H 2O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结再求所用过氧化氢按式 C2-1完全分解时产生 O2的摩尔数，依据抱负气体状态方程就可以运算出V，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2nO RTVpp*C2-8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结大气H 2O可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结式中： p大气为大气压，*pH2 O为试验温度下水的饱和蒸汽压。 T为试验温度
11、。 R为气体常数。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结严格的讲，用含水量气管测量气体体积时，都包含着水蒸气的分体积。假设在某温度时， 水蒸气已达饱和，就 Vt 应按下式运算：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结VtVt,测量 1*p2H Op大气可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2. 福廷式气压计读数的校正压力计在 218房间气压计的校正公式为：p大气pttC2-9式中， pt为气压计的读数， t为温度校正项， 为重力加速度及气压计本身的误差校正项。本试验使用的福廷式气压计= 0。温度校正项 t 为：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结ttpt
12、1tC2-10可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结已知在 035时，汞的平均体膨胀系数0.0001815 oC-1，黄铜的平均线膨胀系数为0.0000184 oC-1。*23. 水的饱和蒸气压 pH O / Pa与温度的关系温度/oC 23242526272829摘自：印永嘉主编.物理化学简明手册.北京：高等训练出版社，1988： 132。七摸索题1. 假设试验在开头测量时，已经先放掉了一部分氧气，这样做对试验结果有没有影响？为什么？2. 读取O2体积时，为什么要使水准瓶内液面和量气管内液面处于同一水平？。3. 反应中KI起催化作用，它的浓度与试验测得的表观反应速率常数k1的关系如何？可编辑资料 - - - 欢迎下载