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1、. . 实验量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数一、实验目的1. 学习使用量气法研究过氧化氢的分解反应2. 了解一级反应的特点，掌握用图解计算法求反应速率常数。二、实验原理H2O2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、MnO2、碘化物）时能促使其较快分解，分解反应按下式进行： (C2-1)在催化剂KI作用下，H2O2分解反应的机理为： (C2-2) (C2-3)整个分解反应的速度由慢反应(C2-2)决定：(C2-4)式中c表示各物质的浓度(molL-1)，t为反应时间(s)，为反应速率常数，它的大小仅决定于温度。在反应中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令
2、，则 (C2-5) 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：(C2-5)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：(C2-6)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，则。将该关系式带入(C2-5)，得到(C2-7)本实验采用静态法测定H2O2分解反应速率常数，实验装置见图C2-1。三、仪器和试剂1试剂序号名称纯度/规格浓度1H2O2溶液化学纯0.35%（
3、准确浓度待标定）2KI(s)A.R.分子量Mr= 166.00 gmol-13H2SO4溶液化学纯3molL-14KMnO4标准溶液A.R.0.02260molL-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100mL37移液管10 mL，25mL18酸式滴定管50mL19量筒25 mL110锥形瓶150mL311塑料盖312镊子113磁搅拌子1图C2-1H2O2分解反应速率测量装置1.电磁搅拌；2.茄形瓶；3.磨口塞；4.活塞；5.量气管
4、；6.水准瓶；7.塑料盖四实验方法和实验条件的设计1. 借助于实验装置和试剂，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？ 2. 令，若要进一步验证该反应对KI确实为一级反应，即=1，并要获得该反应的速率常数，在目前的实验条件还要如何设计实验？请写出实验思路并完成实验。3. 化学反应速率取决于许多因素，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H2O2分解的催化剂还有Pt、Ag、MnO2、Fe等等。在实验时间允许的围，可改变实验条件，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，进一步丰富该实验容。 五、实验步骤1H2O2分解反应速率测量装
5、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。用电子天平准确称量50 mg左右的KI(s)放入到小塑料盖，再用镊子将其小心放入到盛有H2O2溶液的茄形瓶中，让盖子漂浮在液面上，不能让H2O2接触到KI(s)。 2试漏。旋转活塞4使量气管与大气相通，举高水准瓶，使液体充满量气管。然后旋紧磨口塞3，通过反复调整水准瓶和活塞4到适宜的位置，让反应体系和量气管相通而与大气隔绝的情况下，量气管液面的位置在刻度1.00附近。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，若量气管中的液面仅在初始有下降，而在随后2 min保持不变，表示系统不漏气；
6、否则应找出系统漏气的原因，并设法排除之。注意：读取量气管读数时务必使水准瓶液面和量气管液面处于同一水平。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KI(s)与H2O2充分混合，记录反应起始时间，同时开启电磁搅拌开关，调节搅拌速度至中档。4每隔一定时间读取量气管液面所对应的刻度一次，直至反应进行到10 min 12 min左右，记录的实验点有78个即可完毕本次实验。为避免量气管因气压增大而漏气，在液面下降的同时，应慢慢移动水准瓶，使两液面大致保持在同一水平面，直至反应完毕。5改变催化剂KI(s)的量分别为100 mg和150 mg左右重复上面的实验
7、。6过氧化氢的准确浓度的标定。移取H2O2溶液10 mL置于150mL锥形瓶中，加入10 mL3molL-1 H2SO4溶液，用0.02260molL-1 KMnO4标准溶液滴定至淡粉红色，读取消耗KMnO4标准溶液的体积。重复三次，取平均值。六数据处理1实验中V可用化学分析法测定。先在酸性溶液中用KMnO4标准溶液滴定求出过氧化氢的起始浓度，滴定反应为：再求所用过氧化氢按式(C2-1)完全分解时产生O2的摩尔数，根据理想气体状态方程就可以计算出V，即(C2-8)式中：p大气为大气压，为实验温度下水的饱和蒸汽压；T为实验温度；R为气体常数。严格地讲，用含水量气管测量气体体积时，都包含着水蒸气的
8、分体积。若在某温度时，水蒸气已达饱和，则Vt应按下式计算：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：(C2-9)式中，pt为气压计的读数，Dt为温度校正项，D为重力加速度与气压计本身的误差校正项。本实验使用的福廷式气压计D = 0。温度校正项Dt为：(C2-10)已知在035时，汞的平均体膨胀系数b0.0001815 oC-1，黄铜的平均线膨胀系数为a0.0000184 oC-1。3水的饱和蒸气压（/Pa）与温度的关系温度/ oC0.00.20.40.60.8232808.832842.962877.492912.422947.75242983.353019.48305
9、6.013092.803129.37253167.203204.933243.193281.993321.32263360.913400.913441.313481.973523.27273564.903607.033649.563629.493735.82283779.553823.673868.343913.533959.26294005.394051.924098.984146.584194.44摘自：印永嘉主编. 物理化学简明手册. ：高等教育，1988：132。七思考题1若实验在开始测量时，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？2读取O2体积时，为什么要使水准瓶液面和量气管液面处于同一水平？。3.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常数k1的关系如何？5 / 5
量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数
