过氧化氢催化分解反应速率常数的测定 实验14过氧化氢催化分解反应速率常数的测定 掌握通过测量反应系统的体积跟踪反应系统浓度从而研究反应速率的方法。 过氧化氢在没有催化剂存在时,分解反应进行的很慢。加入催化剂能够提高分解速率。过氧化氢分解反应的化学计量式如下: 1/2O2(g)若以KI 为催化剂,在KI 作用下催化 分解步骤为: H2O(l)(慢)KIO 由于第一步的速率比第二步慢得多,所以,第一步为反应的控制步骤。因而可以假定其反应的速率方程式为: -dcA/dt=k’cKIcA 式中,cA为反应系统中反应到t 时刻H2O2 浓度,因KI 在反应 过程中浓度不变,故上式可简化为 kIcA(14.1) 式中k=k’cKI, 将上式分离变量积分: lnct?kt?lnc0(14.3) 式是lnct~t 的直线方程。反应进行过程 中,测定不同时刻 的数据后,以lnct 作图,得一直线,表明该反应为一级反应(准一级反应),直线斜率为-k。 物理化学的研究方法是采用物理的方法测定反应系统某组分的浓度,所谓物理的方法是利用反应系统某组分或各组分的某些物 理性质(如体积、压力、电动势、折光率、旋光度等)与其有确 定的单值函数关系的特征,通过测量系统中该物理性质的变化, 接测量浓度变化。此种物理化学的实验方法最大的优点是可以跟踪系统某组分或各组分的物理性质的变化,从而,不需要终止反 应,便可以随时测定某一时刻反应系统某组分或各组分的浓度。 在H2O2催化分解过程中t 时刻H2O2 的浓度可通过测量相应的 时间内分解放出的氧气的体积得出。放出的氧气的体积与分解了 的H2O2 的量成正比,其比例系数为定值。令V表示H2O2 全部 分解放出的氧气的体积,V 时刻分解放出的氧气体积,则: coV,ct lnV(14.4) 如果以ln(V-Vt)对t作图得一直线,即验证是一级反应; 由直线斜率m可求出速率常数k,m 的直线方程,式中V为H2O2全部 分解放出的氧气体积,反应温度及KI 浓度一定时,它不随时间改 变。实验过程中只需要测定反应进行的不同时刻t 时H2O2 分解放 出的氧气体积 t(若干个数据)和反应终了时 H2O2 全部分解放出的 氧气体积V(一个数据),以ln(V-Vt)对t 作图得一直线, 直线斜率为-k,用作图法可求出反应速率常数k。 由此作出ln(dVt/dt)—t 图,数据结果具有很强的线性规律,求 出直线的斜率m即可得到其反应速率常数k/min-1=-m。 实验装置一套(图14.1过氧化氢催化分解反应实验装置),2ml 支,1.0mol/dm3KI水溶液,3H2O2 水溶液,表一块,反应器(锥形瓶)一只,备用针头一个,蒸馏水 瓶一个。 按图14.1安装好实验装置。 图14.1过氧化氢催化分解装置图 1—量气管;2—玻璃旋塞;3—装有肥皂液的胶头;4—单向鼓气球; 中放入搅拌子,加入蒸馏水50ml;并移取 3ml3% H2O2 溶液,同时放入反应器7 KI溶液(1moldm-3)将医用注射器中的KI 溶液在备用锥形瓶中 3ml处;拔下备用针头,将医用注射器按装在注射针头上, 塞紧胶塞。 4.润湿量气管1(皂沫流量计)。润湿时,一只手夹住另一边的皮管2,慢慢压气(不能着急),一直到量气管顶端。 开动磁力搅拌器5,并将医用注射器中 3mlKI 溶液推入反应器 (锥形瓶),与其中的H2O2 溶液混合,同时开始读表计时。反应 即在室温下开始进行。 每隔2分钟读取一次量气管收集的氧气体积数据,持续反应30 分钟,读取16 组时间t 与体积Vt 数据。 6.检验数据,作Vt-t的草图。 反应开始前,先开启搅拌器,再加入催化剂,注意顺序!加入催化剂要一次完成! 搅拌速度要快速,不要有噪音,开始反应后,不能随意调节搅拌速度! 检查漏气,以肥皂泡不向下移动为合格。 从t=0,记录到t=30分钟,每隔2 分钟记录一次数据。 气管50在下边,当0 看待。记录累加数据。 实验温度:测量前T0 测量前 Td; 平均温度 Tm 大气压强: 测量前 P0; 测量后 Pd; KI 溶液原始浓度 c03;KI 的反应液 浓度cd mol/dm3; H2O2 溶液原始浓度c03; H2O2 的反应液浓 度cd mol/dm3。 表14.1实验数据记录表 由于反应体系有水存在,故计量的氧气体积中有水蒸气存在,因此需要校正,扣除水蒸气。校正公式为: 2.不测V求取速率常数(参见郭子成等,简单一级反应数据处理的一个新模型, 化学通报, 2000,63(4),47)的方法。 Ve-kt(14.5) kVe-kt(14.6) 再取对数得: ln(dVt/dt)=ln(kV)-kt(14.7) 显然,以ln(dVt/dt)对 作图得一直线,由直线的斜率即可求得k。具体作法是:将测 篇三:实验七过氧化氢催化分解 实验七过氧化氢催化分解 CatalyzedDecomposition HydrogenPeroxide 熟悉一级反应的特点,了解浓度、温度、催化剂等因素对反应速率的影响。 ln=–kt (3-1) 在分解过程中,放出的氧气的体积与分解了的H2O2 浓度成正 Ct(V–Vt) 由两个不同温度的k值可以求出活化能Ea: 品:3%H2O2溶液,KI 溶液(0.1molmol–3)。 在量气管内读数时,一定要使水位瓶和量气管内液面保持同一水平。 用ln(V–Vt)对t作图,从图形的形状可以判断反应的级 篇四:过氧化氢催化剂的研究实验报告 要:过氧化氢是目前实验室制取氧气安全、廉价的试剂。由于过氧键的特殊性质,有各种各样的催化剂可供选择。本文就 过氧化氢催化剂的选择进行探究。 关键词:过氧化氢 氧气 催化 氧气在化学实验中十分重要,初中课本中制备氧气的途径之一是过氧化氢催化分解。随着工艺的改进,过氧化氢的成本不断降 低,是一种很有前途的制备氧气的途径。过氧化氢具有过氧键, -O-O-中O 不是最低氧化态,故不稳定,容易断开。常温下波长为 320~380nm的光照射,或是加热,使用催化剂都可以加速过氧化 氢的分解。光照速度太慢,加热浪费能源,而分解速率不稳定, 所以寻找一种合适的催化剂便更加重要。过氧化氢的催化原理主 要有以下几种: 过氧化氢在碱性条件下容易分解为氧气和水,氢氧根使溶液显碱性,利于过氧化氢的分 由于可溶性碱普遍有较强腐蚀性,难溶性碱不稳定且成本较高,故一般不采用此做法。 由于过氧化氢酶不易回收,成本较高,受活性影响严重,所以一般不采用此种做法。 种情况下的催化剂,我选取了中学实验室常见的几种物质进行探究: 金属氧化物:MnO2、Fe2O3、CuO 金属 盐(溶液):CuSO4、FeCl3 定性实验-金属氧化物- 在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等质量研碎粒度相似的催化剂,观察现象。 反应刚开始进行,二氧化锰催化效果最佳,三氧化二铁反应较快,氧化铜反应较慢。 一段时间后,二氧化锰反应十分剧烈,三氧化二铁也比较剧烈,氧化铜反应还未进 再过一会,二氧化锰反应结束,三氧化二铁反应剧烈,氧化铜开始反应。 当三氧化二铁反应结束后,氧化铜反应剧烈。又经过很长时间,氧化铜反应结束。 将溶液陈化18h后并加入1mol/L 氢氧化钠溶液,无明显现象。 在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等浓度等体积的催化剂溶液,观察现象。 硫酸铜溶液无明显催化现象,三氯化铁溶液现象明显,速率类似于三氧化二铁的催化。 金属盐(溶液)硫酸铜对过氧化氢的催化效果不明显,三氯化铁溶液催化 效果良好。分析可能是硫酸铜浓度不够。为了控制实验成本不再继续探究。 在等量等浓度的过氧化氢溶液中各加入等质量研碎粒度相似的催化剂,排水收集产生的氧气,测定产生相同体积的氧气所需时 间,计算平均反应速率。 实验装置:反应在左侧锥形瓶内进行,气体通过导管输送到事先装满水并倒置在水中的50mL 量筒里,测量体积。 说明:理论上温度每提高10反应速率就提升1倍,过快的分 解会大大加速反应速率,形成高温高压体系,十分危险,难以控 制,故不使用市售 30%过氧化氢溶液而采用稀释后的 10%过氧化 氢溶液。 出人意料的,三氧化二铁和氧化铜在5min 内均没有催化过氧 化氢的分解。