實驗二過氧化氫分解反響動力學一、實驗目的：1．熟悉一級反響特點，了解反響物濃度、溫度、催化劑等因素對一級反響速度的影響。2．用靜態法測定H2O2分解反響的速度常數和半衰期。3．掌握量氣技術，學會用圖解計算法求出一級反響的速度常數。二、實驗原理：但凡反響速度只與反響濃度的一次方成正比的反響稱為一級反響。實驗證明，過氧化氫的反響機理為一級反響。化學反響速度取決于反響物的濃度、溫度、反響壓力、催化劑、攪拌速度等許多因素。過氧化氫在沒有催化劑存在時，分解反響進行的很慢。許多催化劑如Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物等都能加速H2O2分解。過氧化氫分解反響的化學計量式如下：H2O2(l)=H2O(l)+1/2O2(g)假設以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，第一步為反響的控制步驟。因而可以假定其反響的速率方程式為：-dcA/dt=k’cKIcA式中，cA為反響系統中反響到t時刻H2O2濃度，因KI在反響過程中濃度不變，故上式可簡化為-dcA/dt=kcA〔2.1〕式中k=k’cKI,將上式別離變量積分：當t=0時，CA=C0；t=t時，CA=Ct；定積分式為：〔2.2〕積分結果：〔2.3〕式是的直線方程。反響進行過程中，測定不同時刻t時反響系統中H2O2的濃度ct，取得假設干組ct、t的數據后，以lnct對t作圖，得一直線，說明該反響為一級反響〔準一級反響〕，直線斜率為-k。在H2O2催化分解過程中t時刻H2O2的濃度可通過測量相應的時間內分解放出的氧氣的體積得出。放出的氧氣的體積與分解了的H2O2的量成正比，其比例系數為定值。令Vf表示H2O2全局部解放出的氧氣的體積，Vt表示H2O2在t時刻分解放出的氧氣體積，那么：;co∝Vf，ct∝〔Vf－Vt〕將上述關系代入〔14.3〕式，得：ln〔Vf－Vt〕=-kt+lnVf(2.4)如果以ln〔Vf－Vt〕對t作圖得一直線，即驗證是一級反響；由直線斜率m可求出速率常數k，m=-k。(2.4)為ln〔Vf－Vt〕～t的直線方程，式中Vf為H2O2全局部解放出的氧氣體積，反響溫度及KI濃度一定時，它不隨時間改變。實驗過程中只需要測定反響進行的不同時刻t時H2O2分解放出的氧氣體積Vt(假設干個數據)和反響終了時H2O2全局部解放出的氧氣體積Vf〔一個數據〕，以ln〔Vf－Vt〕對t作圖得一直線，直線斜率為－k，用作圖法可求出反響速率常數k。Vf可采用下面兩種方法來求得：〔a〕外推法：以1/t為橫坐標，對Vt作圖，將直線外推至1/t=0，其截距即Vf。〔b〕加熱法：在測定假設干個Vt數據后，將H2O2加熱至50—60℃約15分鐘，可認為H2O2已根本分解完畢，待溶液冷卻到實驗溫度時，讀出量氣管讀數即為Vf，同學們可自擇二者之一，與滴定結果作對照。當時，t可用t1/2表示，即為反響的半衰期.由〔2.3〕式變換得：〔2.5〕〔2.6〕

從式〔2.6〕可見，在溫度一定時，一級反響的半衰期應與反響的速度常數成反比，而與反響物的初始濃度無關。三、儀器和藥品：1.儀器：H2O2分解速率測定裝置；滴定管；秒表；移液管〔5、10、20ml〕；錐形瓶〔150、250ml〕。2.藥品：H2O2溶液〔現配，質量分數為2%〕；KI固體；H2SO4溶液〔3.0mol/L〕KMnO4標準溶液〔0.05mol/L〕。四、實驗步驟：〔濃度不用標定，直接按質量分數2%換算成摩爾濃度〕(一)配制試劑；(二)按圖2-1安裝好實驗裝置；(三)測量過程；1.試漏：將水準球內加水，2/3容積為準，使水位與量氣管滿刻度處齊平。〔翻開三通活塞，使大氣與量氣管相通〕。與此同時調節恒溫槽溫度。2.調節恒溫槽溫度：在1000ml燒杯中參加250ml水，水溫控制在25℃左右并使在實驗中能夠根本恒定。燒杯放在攪拌器座上。夾好測溫用溫度計。3.用移液管移取己恒溫至25℃的10ml水放入潔凈枯燥的錐形瓶中，再移取10ml已恒溫到同樣溫度的H2O2注入到錐形瓶中。將已準確稱量好的KI試劑0.160克小心放在液面上勿使KI與液面接觸，最后塞好橡皮塞，進行試漏。4.把錐形瓶小心的放入恒溫槽，將三通活塞4旋與大氣、量氣管都相通，舉高水準球使量氣管充滿水，然后再旋活塞4切斷與大氣的通路，但仍使系統內部聯通，將水準瓶放到最低位置，假設量氣管中水位在2分鐘內保持不變，說明系統不漏氣，可以進行分解反響。5.旋動三通活塞與大氣相通，使水面在量氣管的頂部刻度處，然后切斷大氣通路，翻開攪拌器開關，同時記下時間，此時KI容器傾倒，KI溶于H2O2溶液中，分解反響開始，當O2開始釋放出后應隨時保持水準瓶和量氣管液面在一水平線上。定時〔每1.0分鐘或30秒〕讀出量氣管中氣體體積〔或定體積地讀出反響時間，每5mL讀一次〕。直到量氣管中O2體積超過50mL。6.選用加熱求Vf時，接通電源使水浴升溫，溫度可到達50℃，一刻鐘后從水浴中移出反響瓶，冷卻至室溫后讀出量氣管讀數V和T〔k〕，記下當時的大氣壓力，計算出Vf。圖2-1H2O2分解速率測定裝置〔在注入溶液前先將攪拌子放入錐形瓶中〕。1-磁力攪拌器；2-錐形瓶；3-橡皮塞；4-三通活塞；5-量氣管；6-水準瓶五、數據記錄和處理1.數據記錄：時間/minO2氣體體積Vt/ml0 246810……322．根據H2O2的初始濃度計算Vf，列出t、Vt、〔Vf-Vt〕及ln(Vf-Vt)表。根據T/minVt/mlVf-Vt/mlln(Vf-Vt)024681012141618……32以ln(Vf-Vt)對t作圖，求出曲線斜率及k。計算反響的半衰期t1/2。六、思考題

1、讀取氧氣體積時，為什么量氣管與水準瓶中水面要處于同一水平面？答：反響開始前量氣管里水面所受的壓力與水準瓶水面所受的壓力是一樣的，都是P。反響開始后，由于氧氣的產生，水面所受的壓力增大而降低。讀取氧氣體積時，使量氣管及水準瓶中水面處于同一水平面，就是繼續保持兩邊液面上的壓力相等，這樣測出來的氣體體積才是當時大氣壓下的體積。附錄：標準溶液的配制與標定1.0.05mol/LKMnO4的配制：稱取14gKMnO4〔分析純〕于燒杯中，分次溶解〔可加熱〕稀釋至2000ml，放在暗處，2—3天后標定。2.3mol/LH2SO4的配制：先量取833mlH2O于瓶中，慢慢倒入16.7mlH2SO4〔濃〕。3.2%H2O2：將60ml34%H2O2稀釋至1000ml。4.KMnO4標準溶液的標定：稱取0.12—0.