物理化学实验

实 验 八 过氧化氢的催化分解

一、目的与要求

1、测定过氧化氢催化分解反应的表观反应速率与半衰期。 2、熟悉一级反应的特点，了解反应物浓度、温度以及催化剂等因素对一级反应速率的影响。

3、掌握动力学数据的图解处理方法。 二、基本原理

过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，加入催化剂可使分解反应速率明显加快。过氧化氢的分解反应为：

H2O2 -→ H2O +

1

O2 ⑴ 2

详细的催化动力学研究发现：H2O2在KI作用下的催化分解，按下列步骤进行

KI + H2O2 -→ KIO + H2O 慢步骤 ⑵ KIO -→ KI +

1

O2 ⑶ 2

总的反应速率由最慢的步骤(即控速步骤)决定，故速率方程为：

dCH2O2

dt

kCKICH2O2 ⑷

由于在反应过程中，KI在步骤⑵中的消耗等于在步骤⑶中的生成，即其浓度CKI保持不变，为一常数值(KI的初浓度)，所以可将CKI并入到速率常数k中去，有

r

dCH2O2

dt

kCKICH2O2 k'CH2O2 ⑸

物理化学实验

上式中，k’为在KI催化作用下过氧化氢分解反应的表观反应速率常数。显然从⑸可以看出H2O2的KI催化分解反应为准一级反应。积分上式

得 ln

Ct

k't ⑹ C0

Ct

C0

dCH2O2

dt

k'dt

t

式中：Ct——t时刻H2O2的浓度 C0——H2O2的初始浓度

因分解过程中，放出的氧气体积(定温定压下)与已分解的H2O2

的浓度成正比，且比例常数为定值。所以可以用易于从实验测定的氧气体积来表示相应时刻的H2O2浓度。若以V∞表示H2O2全部分解所放出的氧气体积，Vt表示H2O2在t时刻分解所放出氧气的体积，则有：

C0∝V∞ Ct∝(V∞－Vt)

则令 Ct=α(V∞－Vt) ⑺ 当t=0时，有 C0= α(V∞－V0)= αV∞ ⑻ 式中比例常数为定值。将⑺、⑻两式代入⑹式，可得 ln

CtV Vt

ln k't ⑼ C0V

若将氧气按理想气体近似处理(本实验条件下是允许的)，

则V∞可由H2O2的初浓度及体积换算得。按理想气体状态方程pV=nRT

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有 V

nO2RTp

式中：no——氧气的摩尔数

2

P——室内大气压。

又根据 H2O2 -→ H2O + 有 V

nO2RTp

2p

1

O2 2

nH2O2RT

⑽

H2O2的摩尔数可利用KMNO4标准溶液滴定得到。在强酸

性介质中，KMNO4滴定H2O2的反应为

5H2O2 + 2MnO4- + 6H+ -→2Mn2+ + 5O2 + 8H2O

则 nHO

2

2

5CKMnO4VKMnO4

2

5CKMnO4VKMnO4 RT

4p

所以 V

nO2RTp

nH2O2RT2p

⑾

三、仪器与试剂

1、 过氧化氢分解装置一套(包括250ml锥形反应瓶、水位瓶、50ml分液漏斗、电磁搅拌器一件、50ml滴定管两只)，停表一块。

2、10ml、5ml量筒各一只，50ml自动滴定管4套。

3、 2%H2O2溶液，0.1mol/dm-3 KI溶液，3mol/dm-3H2SO4溶液,0.04 mol/dm-3 KMNO4溶液。 四、实验内容及操作

1、标定H2O2水溶液的初浓度

用自动滴定管量取5ml H2O2溶液于250ml锥形瓶中，用量筒加5ml(3mol/dm-3)H2SO4溶液，以0.04 mol/dm-3 KMNO4溶液标准溶液滴

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定至淡红色出现为止，进行平行滴定。

2、分别量取15mlKI、20ml蒸馏水于250ml锥形反应瓶中，量取10ml H2O2溶液于50ml分液漏斗中。检查反应器是否漏气。

3、调节三通活塞使之处于三通状态。利用水位瓶调节量气管中液面的高度，使其恰在零刻度线后，关闭水位瓶活塞。在电磁搅拌下，将50ml分液漏斗中的H2O2加入反应器后，迅速关闭分液漏斗活塞。同时开动停表计时、以及调节三通活塞——使反应器与量气管相通、而与大气隔绝(以上几步应快速连续操作)。然后打开水位瓶活塞，使水位参考水平管中液面下降若干后，关闭此活塞。当量气管与参考水平管中水位相平时，同时记录量气管中水位(即气体体积增加值)与反应时间。依次测定六组数据，至量气管中液面降至50ml处为止。进行以上操作时，始终使电磁搅拌器保持均匀搅拌。

4、改用 20mlKI 15mlH2O 10mlH2O2 25mlKI 10mlH2O 10mlH2O2

30mlKI 5mlH2O 10mlH2O2(冬天室温低于15℃) 或 10mlKI 25mlH2O 10mlH2O2(夏天室温高于25℃) 重复上述2、3步骤。 五、实验记录

注意记录：室温、大气压。 六、数据处理

1、考虑到不同反应时刻水蒸气对氧气体积Vt测定的影响,其 Vt = xOV (1 xHO)V (1

2

2

pH2Op

)V ⑿

物理化学实验

式中：V——不同反应时刻量气管中体积测得值。

从附录查得，反应温度(室温)下水的饱和蒸气压pHO，按⑿式计

2

算不同反应时刻氧气体积Vt；

2、根据⑺式可知：以ln

V Vt

对t作图可得一直线，从直线的斜V

ln2

可计算此准一级反应的半衰k'

率可得表观反应速率常数。并按t1

2

期。

3、比较催化剂用量对分解速率的影响，注意考虑温度波动的影响。

七、思考与讨论

1、反应速率常数与哪些因素有关？

2、为什么要用某时刻氧气的体积，代替该时刻过氧化氢分解掉的浓度？

3、如何 …… 此处隐藏：648字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……