河北科技大學教案用紙第4頁第次課4學時本次課題（或教材章節題目）：實驗14過氧化氫催化分解反應速率常數的測定教學要求：理解過氧化氫催化分解反應速率常數測定的基本原理，掌握磁力攪拌器和皂沫流量計的操作方法，能根據拉格朗日中值定理，使用不測V∞求取速率常數。重點：掌握測定過氧化氫催化分解反應速率常數；掌握通過測量反應系統的體積跟蹤反應系統濃度從而研究反應速率的方法。難點：產生高質量肥皂泡的方法；實驗數據處理方法的掌握教學手段及教具：演示講授，實際操作。講授內容及時間分配：演示講授實驗原理、實驗步驟及注意事項、數據處理0.5h學生實驗操作3.5h課后作業對實驗數據進行處理，完成實驗報告各項內容。參考資料1河北科技大學物理化學教研室編，物理化學實驗，北京理工大學出版社，20052復旦大學等，物理化學實驗，高等教育出版社，19933郭子成等，用數據處理新模型測定H2O2分解的活化能，化學通報，2006，9，7154郭子成等，簡單一級反應數據處理的一個新模型，化學通報，2000，4，47實驗14過氧化氫催化分解反應速率常數的測定一、實驗目的測定過氧化氫催化分解反應速率常數；2.掌握通過測量反應系統的體積跟蹤反應系統濃度從而研究反應速率的方法。二、實驗原理過氧化氫在沒有催化劑存在時，分解反應進行的很慢。加入催化劑能夠提高分解速率。過氧化氫分解反應的化學計量式如下：H2O2(l)=H2O(l)+1/2O2(g)若以KI為催化劑，在KI作用下催化分解步驟為：KI(l)+H2O2(l)=KIO+H2O(l)（慢）KIO=KI(l)+1/2O2(g)由于第一步的速率比第二步慢得多，所以，第一步為反應的控制步驟。因而可以假定其反應的速率方程式為：-dcA/dt=k’cKIcA式中，cA為反應系統中反應到t時刻H2O2濃度，因KI在反應過程中濃度不變，故上式可簡化為-dIcA/dt=kIcA（14.1）式中k=k’cKI,將上式分離變量積分：當t=0時，CA=C0；t=t時，CA=Ct;定積分式為：（14.2）積分結果：（14.3）式是的直線方程。反應進行過程中，測定不同時刻t時反應系統中氧氣的濃度ct，取得若干組ct、t的數據后，以lnct對t作圖，得一直線，表明該反應為一級反應（準一級反應），直線斜率為-k。物理化學的研究方法是采用物理的方法測定反應系統某組分的濃度，所謂物理的方法是利用反應系統某組分或各組分的某些物理性質（如體積、壓力、電動勢、折光率、旋光度等）與其有確定的單值函數關系的特征，通過測量系統中該物理性質的變化，間最后記錄好數據后，求出相鄰兩數據的差值備查。六、實驗記錄實驗溫度：測量前T0=25.1℃；測量前Td=24.9℃；平均溫度Tm=25℃大氣壓強：測量前P0=101.94kPa；測量后Pd=101.98kPa；平均大氣壓強：101.96kPaKI溶液原始濃度c0=1.0mol/dm3；KI的反應液濃度cd=0.0536mol/dm3；H2O2溶液原始濃度c0=0.88mol/dm3；H2O2的反應液濃度cd=0.047mol/dm3。表14.1實驗數據記錄表時間t/min02468101214O2體積Vt/cm303.155.047.5410.3312.1016.4818.55時間t/min1618202224262830O2體積Vt/cm320.4022.2324.0925.7327.3628.9730.2431.30七、實驗數據處理1.實驗數據的校正由于反應體系有水存在，故計量的氧氣體積中有水蒸氣存在，因此需要校正，扣除水蒸氣。校正公式為：2．不測V∞求取速率常數(參見郭子成等，簡單一級反應數據處理的一個新模型,化學通報,2000，63（4），47)的方法。將(14.4)式變形為：V∞-Vt=V∞e-kt(14.5)將上式對時間求導數得：dVt/dt=kV∞e-kt（14.6）再取對數得：ln（dVt/dt）=ln(kV∞)－kt（14.7）顯然，以ln（dVt/dt）對t作圖得一直線，由直線的斜率即可求得k。具體作法是：將測得的Vt～t數據作圖并進行圓滑處理，在圓滑后的曲線上用鏡面法求不同時刻t時的dVt/dt值，有了dVt/dt數據，即可按本法獲取速率常數。dVt/dt值也可按等面積圖解微分法在圓滑曲線上取值獲得，具體方法見《物理化學》第四版，第212～215頁例11.3.1（王正烈等編，高等教育出版社出版）。表14.2不測V∞數據處理記錄表1時間t/min校前O2體積V/cm3校后O2體積V/cm3圓滑后O2體積V/cm3dVt/dtln(dVt/dt)000-0.423823.153.0522.4811.4220.352345.044.8835.2651.3620.309367.547.3067.9301.3030.2643810.3310.0110.481.2430.21731012.111.7212.901.1830.16791216.4815.9715.211.1230.11591418.5517.9717.391.0630.061111620.419.7719.461.0030.0031351822.2321.5421.410.9433-0.058412024.0923.3423.230.8834-0.12402225.7324.9324.940.8235-0.19422427.3626.5126.530.7636-0.26972628.9728.0727.990.7037-0.35142830.2429.3029.340.6439-0.44033031.330.3330.57直線的斜率m=-0.03，所以反應的速率常數k=-m=0.03min-1。八實驗思考練習⒈如何檢查漏氣？答：觀察幾分鐘，產生的肥皂泡不下降。2.若用加熱法