本实验采用测压法进行研究[1]\ue010装12345 图 1 测压法实验装置 \ue00e1\ue00f微压差测定仪\ue013 \ue00e2\ue00f导气管\ue013 \ue00e3\ue00f外循环恒温水浴槽\ue013 \ue00e4\ue00f反应液\ue013 \ue00e5\ue00f磁力搅拌器 置如图 1。 \ue002本次实验测定室温下的速率\ue004未配套外循环恒温水浴装置\ue003 。使 H2O2分解反应在一个体积固定的体系内进行\ue010反应过程放出的 O2将使系统内压强增加\ue010通过与反应瓶相连的微压差测定仪跟踪压强增值随时间的变化研究反应的进程。 若 p∞表示 H2O2全部分解时体系的最终压强增加值\ue013pt表示表示经反应时间 t 后体系的压强增加n值\ue010由于恒温条件下有tO,2∝\ue00ecA,0- cA,t\ue00f∝pt\ue010\ue004,2On∝cA,0 ∝p∞\ue010则速率方程的积分式亦可表示为\ue012 ktpppt\ue001\ue002\ue001\ue004\ue004ln 以 ln[(p∞-pt)/Pa]对t作图\ue010由直线的斜率也可求得速率常数 k。 p∞可以采用以下两种方法求取\ue012 \ue00e1\ue00f外推法\ue010以 1/t 为横坐标对 pt作图\ue010将直线段外推至 1/t =0\ue00e即 t 为∞ \ue00f \ue010截距即为 p∞。该法须使反应接近完全方可相对准确的推出截距。 \ue00e2\ue00f加热法\ue010即在测定若干 pt后\ue010将反应瓶置于 50-60℃下约 15min\ue010促进 H2O2快速完全分解\ue010再冷却回原反应温度\ue010记下的压强即为 p∞。 也可以不测 p∞\ue010而用 Guggenheim 法数据法处理。公式推导如下\ue012 \ue001p 以 ln[(pt+Δ-pt)/Pa]对t作图\ue010由直线的斜率也可求得速率常数 k。Δ 应取半衰期的 2~3 倍\ue010因此应用该法的前提是反应须进行到接近完全。为了便于数据处理\ue010一般取相同间隔的整数时间读数。 4\ue011实验内容的设计 O2是一种价廉的、强氧化性的绿色氧化剂\ue010在纸浆氧漂、有机污水的湿法催化氧化处理(WAO\ue010Catalytic Wet Oxidation)等领域中的应用[2\ue0103]日益引起人们的重视。但常温附近O2起氧化作用的速率太慢\ue010制约了它的实际应用。从催化原理来说\ue010能显著促进H2O2分解的催化剂同样能促进逆反应O2生成H2O2速率的提高\ue010继而提高O2的氧化作用速率。本实验任选一个实验条件\ue010测定Cu2+、Fe3+对H2O2分解的催化活性及溶液的酸碱性对分解的影响\ue010作为其应用的前期探索。 三、仪器和试剂 1\ue011仪器\ue012微压差测定仪\ue010磁力搅拌器\ue010250 mL 锥形瓶\ue00e配单孔橡皮塞\ue00f\ue01050 mL 量筒\ue0101 mL 吸)]1 (ln[)ln()1 (ktln)(\ue003\ue001\ue004\ue003\ue000\ue003\ue001\ue001\ue004\ue003\ue000\ue003\ue000\ue001\ue004\ue003\ue000\ue004\ue001\ue004\ue004\ue004\ue004\ue001\ue000\ue001\ue002\ue001\ue001\ue002\ue001t\ue002\ue001\ue002\ue001\ue001e\ue002pktkkttttktktttepppeepppe ppp两式相减\ue010得ppktpp 两边取对数\ue010得 量管 5 根\ue010吸耳球\ue010铁架台\ue010铁夹\ue010计时器\ue00e自备\ue00f。 2\ue011试剂\ue0120.5 mol/L 的 Cu(NO3)2、0.5 mol/L Fe(NO3)3、3% H2O2、0.1mol/L的 NaOH 、0.1 mol/L HCl。 四、实验步骤 取 50 mL 蒸馏水于洁净的锥形瓶中\ue010加入 1mL 的催化剂\ue00e二选一\ue00f \ue010放入洁净的搅拌磁子\ue010开启搅拌。加入 0.5 mL 酸或碱或不加\ue00e三选一\ue00f混匀。 关闭磁力搅拌\ue00d移取 1 mL3% H2O2溶液\ue010注入装有催化剂的锥形瓶中\ue010塞紧瓶塞。将微压差测定仪置零\ue010开启磁力搅拌器同时开始计时。过氧化氢分解放出的氧气使系统压力增高。每隔 1min 记录一次微压差测定仪显示的系统压力增加值\ue010直至反应接近完全为止。 五、数据处理 1\ue011将所测数据填入表 1。使用 Excel 或 Origin7.0 软件处理和作图。以 ln[(pt+Δ-pt)/Pa]对t作图\ue010求得速率常数 k 及线性相关系数。 表1 数据记录与处理示例 t+20(?)min /min 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 ... t /min 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ... pt /Pa pt+20min /Pa pt+20min-pt /Pa ln[(pt+20min-pt)/Pa] 实验条件\ue000实验温度\ue012 ℃ \ue010催化剂\ue012 \ue010 介质酸碱性\ue012 \ue002注\ue005Δ根据实验具体结果选取\ue004不可一概模仿本记录表的 20min。 \ue003 2\ue011结论\ue012(1) t1/2 = , (2) 比较同学间的实验结果\ue010 的催化分解活性更强\ue013 \ue00e3\ue00f比较同学间的实验结果\ue010在 性介质中的稳定性更强\ue013 \ue00e4\ue00f比较同学间不同温度下的实验结果\ue010在 条件下\ue010 T1 = K 时\ue010k1= , T2 = K 时\ue010k2= , 活化能为 。 六、注意事项 1\ue011实验过程必须保证反应体系的密闭性\ue013 2\ue011实验过程必须避免外界气温的波动引起压强误差\ue013 3\ue011 反应前的一系列操作 — 注入 H2O2、 加塞、微压差测定仪置零、启动磁力搅拌器、按下秒表计时\ue010要迅速而有条理。 4\ue011思考题参见“蔗糖水解实验” 七、参考文献 1\ue011罗澄源等编.《物理化学实验》 \ue00e第三版\ue00f.高等教育出版社\ue0101989\ue012130-132. 2\ue011卢义程\ue010赵捷夫\ue010陈玲.高浓度乳化废水处理中铜系催化剂催化活性比较.上海环境科学\ue010 2002\ue013 21 \ue00e4\ue00f \ue012199-201. 3\ue011李启良\ue010 陈建林.催化氧化法处理有机废水催化剂的选择应用. 污染防治技\ue010 2003\ue013 16 \ue00e2\ue00f \ue012 34-36. 4\ue011王岚岚.氧电极催化剂的组成对H2O2分解活性的研究.安徽工程科技学院学报\ue0102003\ue01318\ue00e2\ue00f\ue01212-15. 5\ue011周 勇\ue010鲍正荣\ue010黄会林.CuO 超细粉体对 H2O2催化分解的探讨.四川理工学院学报\ue00e自然科学版\ue00f\ue0102005\ue01318\ue00e1\ue00f\ue012101-104. 051015206.87.07.27.47.67.88.08.28.48.6ln(pt+20min-pt)时 间/min图 2 ln(pt+20min-pt)\ue014t关系效果图 图 3 测体积法装置[1] \ue00e1\ue00f电磁搅拌器\ue013 \ue00e2\ue00f250mL 锥形瓶\ue013 \ue00e3\ue00f催化剂托盘\ue013 \ue00e4\ue00f三通旋塞\ue013 \ue00e5\ue00f50mL 量气管\ue013\ue00e6\ue00f旋塞\ue013 \ue00e7\ue00f水位瓶