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1、 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率系数 一 实验目的 测定H2O2分解反应的速率系数和级数，并了解一级反应的特点。二 实验原理 H2O2在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，若用KI溶液为催化剂，则能加速其分解。22KI22O21OHOH+ 该反应的机理是： 第一步 )( OHKIOKIOH222慢+第二步)( O21KIKIO2快+ 由于第一步的反应速率比第二步慢得多，所以整个分解反应的速率取决于第一步。如果反应速率用单位时间内H2O2浓度的减少表示，则它与KI和H2O2的浓度成正比： 2O2HKI2O2H2O2Hddccktc= (2-40) 式中c表示各物质的浓度(mol h
2、8696; L1)，t为反应时间(s)，为反应速率系数，它的大小仅决定于温度。2O 在反应过程中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令，则KI22OHck 2O2H2O2H1ddcktc= (2-41) 式中k1为表观反应速率系数。此式表明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。积分上式得：2 Hk 1 k= =ttcctkcc01dd02O2H2O2H tkcct10ln= (2-42) 在一定温度与催化剂浓度下，k1为定值，所以对一级反应而言，c的值仅与t有关，而与反应物初始浓度无关。 在H2O2催化分解过程中，t时刻H2O2的浓度ct 可通过测量在相应的时间内反应放出的O2体
3、积求得。因为分解反应中，放出O2的体积与已分解了的H2O2浓度成正比，其比例常数为定值。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，则， Vc0)(ttVVc将上面的关系式代入式（2-89），得到tkVVVcct10tlnln= (2-43) +=VtkVVtln)ln(1若H2O2催化分解是一级反应，则以对t作图应得一直线。这种利用动力学方程的积分式来确定反应级数的方法称为积分法，从直线的斜率可求出表观反应速率系数k)ln(tVV1。如求反应的表观活化能Ea，则通过测定不同温度下反应速率系数，根据阿仑尼乌斯(Arrhennius)经验方程： CTREk
4、+=1lna (2-44) 以ln k对作图得一直线，从其斜率REa即可求得表观活化能Ea。 三仪器与试剂 仪器：超级恒温槽，移液管(5 mL)，实验装置见图2-32。试剂：H2O2溶液(3%)，KI溶液(0.2mol L1)。0 ct T1 四实验步骤 图2-32 H2O2分解测定装置1-反应管；2-搅拌子；3-水浴夹套；4-温度计； 5-磁力搅拌器；6-三通活塞；7-双连球； 8-橡皮滴头(内盛肥皂水)；9-量气管1. 调节超级恒温槽（见本书第五章5-1.6）的水温为25.00.1或30.00.1。2. 按图2-32装好仪器。用双连球7通过三通活塞6向量气管鼓气，并压
5、出皂膜润湿量气管内壁，以防止实验过程中皂膜破裂。3. 在反应管中加入3% H2O2溶液5mL，将循环恒温水通入反应管外水浴夹套。同时在一小试管中移入0.2mol L1KI溶液5mL，放入恒温槽中恒温。4在反应管内加入搅拌子，打开磁力搅拌器，调节搅拌速度，使搅拌子在反应管中转速恒定，并在量气管下部压出皂膜备用。5. 把小试管中的KI溶液倒入反应管中，约1分钟后塞上反应管上的橡皮塞，同时旋转活塞6使放出的氧气进入量气管。任选一时刻作为反应起始时间，同时记下量气管中皂膜位置读数Z0，以后每隔1min记录一次读数Zt ，共10次。6. 等分解反应基本完成后，此时反应管中没有气体放
6、出，量气管中皂膜位置不再变化，记下量气管中皂膜位置的读数即为Z。五 数据记录与处理 1. 记录反应条件（反应温度、催化剂及其浓度）并列表记录反应时间t和量气管读数Zt的对应值。2. 计算V和Vt ：V，V。ttZZ=0=ZZ0 3. 以ln (VVt )对t作图，从所得直线的斜率求表观反应速率系数k1。六 思考题 1. 反应中KI起催化作用，它的浓度与实验测得的表观反应速率系数k1的关系如何？ 2. 实验中放出氧气的体积与已分解了的H2O2溶液浓度成正比，其比例常数是什么？试计算5mL 3% H2O2溶液全部分解后放出的氧气体积（25，101.325 kPa，设氧气为理想气体，3% H2O2溶
7、液密度可视为1.00 g cm3 ）。3. 若实验在开始测定V0时，已经先放掉了一部分氧气，这样做对实验结果有没有影响？为什么？ 实验指导参考 一、教学要点 1、物理量代浓度的概念及其在H2O2分解反应中的应用（H2O2 浓度与放出O2 体积之间的关系）。 2、动力学方程式的建立有微分法和积分法两种方法。微分法：kctc=ddr，这里r为反应速率，c为反应物H2O2 的浓度，t为时间，为反应级数。由此，lnckrlnln+=lnkln，以 对作图为直线，斜率为反应级数 ，截距为，即可求得反应速率系数k。 r 积分法：如教材所示，+=VktVVtln)ln(，若对t)tV
8、作图为直线即证明这是一级反应，由斜率求得k 。 ln(V 3、反应过程中，t 时刻H2O2 的浓度c与在相应时间内反应放出的O2 体积成正比。 H2O2 溶液体积为 0.010L，当时大气压为Pa，则TVc=314.8010. ，这里V是以mL为单位的O2 的体积。c ln 4、皂膜流量计的使用方法并示范之。二、指导实验注意点 1、讲清皂膜流量计三通活塞的转向。鼓泡时需缓慢有度，使皂膜清晰有序。 2、H2O2 与KI溶液须分别恒温十分钟以后方可混合。计量体积可在任意是刻开始，以混合后一分钟内为宜。应取较靠近量气管底部的皂膜作为计量用。第一分钟内放出的O2 体积以56mL为宜。 3、为求取V ,
9、 可在计时结束后再等待20分钟，即总反应时间在30分钟以上，此时的读数即可认为是V 读数。 4、因为量气管读数为由大到小，计算时应予以换算。设t0 时读数为Z0，t 时读数为Zt， 时读数为Z，则VtZ0 Zt ，VZ0 Z，所以V VtZt Z 。 三、数据处理示例 T=298.2K c (H2O2)=3% c (KI) = 0.2mol/L V = 5.2mL t Zt V Vt ln(V Vt)c ln c r ln r 0.00 48.60 43.40 3.7705 0.35471.0364 1.00 42.80 37.60 3.6270 0.30731.17980.0441 3.12
10、04 2.00 37.80 32.60 3.4843 0.26651.32250.0380 3.2699 3.00 33.50 28.30 3.3429 0.23131.46390.0327 3.4205 4.00 29.80 24.60 3.2027 0.20111.60410.0282 3.5684 5.00 26.60 21.40 3.0634 0.17491.74340.0245 3.7082 6.00 23.80 18.60 2.9232 0.15201.88360.0213 3.8513 7.00 21.40 16.20 2.7850 0.13242.02180.0184 3.9959 8.00 19.30 14.10 2.6462 0.11532.16060.0159 4.1390 9.00 17.50 12.30 2.5096 0.10052.29720.0139 4.2762 10.00 15.90 10.70 2.3702 0.08752.43660.0123 4.4013 11.00 14.50 9.30 2.3300 0.07602.57680.0110 4.5067 12.00 13.20 8.00 2.0794 0.06542.7274