实验十一、过氧化氢分解速率常数和活化能的测定

一、实验目的

1.理解化学反应速率的含义；

2.通过化学分析法测定过氧化氢的分解反应速率常数和活化能； 3.掌握氧化还原滴定（KMnO4法）的原理和方法。

二、实验原理

1 H2O2的分解反应以及一级反应的速率方程

凡是反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。

H2O2分解反应：H2O2=H2O+1/2O2 (一级反应)

dcdc kc或 kdt 速度方程： dtc

积分得:lnc= -kt+lnc0

上式为一级反应中反应物浓度随时间变化的关系。如果我们从实验中测得反应时间t =0 时的H2O2的起始浓度C0和时间t 时的H2O2浓度Ct，即可通过以上公式计算出反应的速率常数k。如果以lnCt对时间t 作图得到一条直线，则证明该反应为一级反应，从该直线的斜率-k中，也可求得速率常数k。这就是一级反应所遵循的基本规律。

2、怎样求得反应的速率常数k

反应物浓度随时间变化的关系如下 ： ln[H2O2] – ln[H2O2]0 = - kt 用常用对数的关系式为 ：lg[H2O2] = lg[H2O2]0- kt/2.303 ①

实验中用高锰酸钾法测定H2O2反应液的瞬时浓度，根据H2O2与KMnO4在酸性溶液中反应的计量关系，可知 ： 2MnO4-+5H2O2+6H+=2Mn2++8H2O+5O2(确定浓度c) 等物质的量关系：n(2KMnO4)=n(5H2O2),

1111

即(cV)KMnO4=n(KMnO4)=n(H2O2)=(cV)H2O2

5522

V(KMnO4)5

∴ c(H2O2)=c(KMnO4)=常数×V(KMnO4)

V(H2O2)2

根据实验方法，式中c(KMnO4)、V(H2O2)为定值

∴ c(H2O2)与V(KMnO4)呈正比，代入①式合并常数项与lg[H2O2]0为A得 ：

lgV =A – kt/2.303

ln V(KMnO4)与t呈正比，用lgV对t(min)作图，直线的斜率为 –k/2.303，因此从斜率可求得反应的速率常数k。

3、反应速率和温度的关系，阿仑尼乌斯经验式；

温度对反应速率的影响，随具体反应的不同而各异。在大量实验事实的基础上，1889年阿仑尼乌斯证明，当lnk（lgk）对1/T 作图时可得一直线，很多反应的

速率常数与温度之间都具有这样的关系。这个关系可写作:

E

lnk=-a B 或 lgk = -Ea/2.303RT + B………… ②

RT

式中， B 为常数；R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度；Ea 为活化能(或实验活化能，其单位为J·mol-1)，对某一给定反应来说，Ea为一定值，当反应的温度区间变化不大时，Ea不随温度而改变。 Lnk～1/T呈线性关系：直线斜率为-Ea/R。如果实验测得不同温度时的速率常数k，以lgk对1/T作图，由该直线的斜率 (-Ea/2.303 R)即可求得活化能Ea。

三、实验内容

1、准备反应液： 在250mL锥形瓶中，加入25mL 0.2mol·L-1H2O2水溶液，用新鲜纯水稀至200mL，塞上塞子，在室温水浴中恒温10分钟。

2、反应： 加5mL 0.1mol·L-1NH4Fe(SO4)2溶液到反应液中，同时计时，摇匀。记录水浴温度。

25mL0.2mol/LH2O2记录时间、温度

滴 定(250mL锥形瓶)恒温10min稀释

3、溶液浓度的分析：在6个250mL锥形瓶中各加15mL 3mol·LH2SO4以及1mL

-1

0.05mol·L-1MnSO4溶液。H2O2分解反应进行至10min时，从反应液中取10.00mL

到上述酸溶液中。以后每隔10min取出10.00mL反应液到酸里，记录反应液加到酸液中的时间。将溶液混匀，用0.004mol·L-1KMnO4溶液滴定，直到稍过量的KMnO4溶液的粉红色在10s内不褪即到终点。

滴定：15mL3MH2SO4、1mL0.05MMnSO4粉红色

(250mL锥形瓶)滴定

调节恒温浴的温度为室温+4K，+8K，+12K，重复上述操作，分别测出在该温度下每次滴定用的KMnO4溶液体积和反应时间液的体积。

四、数据记录与处理（合作者： ） 1.建立lnV(KMnO4)~t回归方程，求k

五、思考题

1、本实验需要知道高锰酸钾的准确浓度吗？

2、NH4Fe(SO4)2溶液、硫酸、硫酸锰溶液作用分别是什么？