1、或者lg(V/Vt)=-k1t/2.303+lgVg口,或者lg(V/Vt)=-k1t/2.303+lgVg口,2.3動(dòng)力學(xué)部分實(shí)驗(yàn)十五口過氧化氫催化分解D1目的要求測(cè)定過氧化氫分解的反應(yīng)速度常數(shù)。了解用體積法研究動(dòng)力學(xué)的基本原理。了解實(shí)驗(yàn)測(cè)定活化能E的原理和方法?？?基本原理D過氧化氫在沒有催化劑時(shí)，分解反應(yīng)進(jìn)行得很慢，加入催化劑時(shí)能促進(jìn)其分解。過氧化氫分解的化學(xué)計(jì)量式如下：H2O2-H2O+1/2O2口很多物質(zhì)都能對(duì)這一反應(yīng)起催化作用，如鉑、銀、鉛、二氧化錳、三氯化鐵以及三氯化鐵和氯化銅的混合物等。本實(shí)驗(yàn)是以三氯化鐵和氯化銅混合物作催化劑，研究H2O2分解反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。其中CuCl2是助催

2、化劑，單獨(dú)使用它，并不能催化該反應(yīng)。在本實(shí)驗(yàn)條件下，過氧化氫的分解是一級(jí)反應(yīng)。若以a表示H2O2的起始濃度，x表示在時(shí)刻t時(shí)已經(jīng)分解掉的H2O2的濃度，貝I所剩余的H2O2的濃度為(a-x),于是有：dx二k(ax)dti積分上式：ln(a-x)=-k1t+lna式中心為反應(yīng)速率常數(shù)，它的大小表征著反應(yīng)速率的快慢。Ina為積分常數(shù)，可由t=0，x=0這一邊界條件得出。在H2O2的催化分解中，t時(shí)刻H2O2的濃度Ct可通過測(cè)量在相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)分解放出的氧氣的體積得出。因分解過程中放出氧氣的體積與分解了的H2O2的濃度成正比，其比例常數(shù)為定值。.令V表示h2o2全部分解放出的氧氣體積，匕表示H2O2

3、在t時(shí)刻分解放出的氧氣的體積，貝I：22t22C0C嚴(yán)匕弋口)口式中，c0、Ct分別代表H2O2在t=0和t=t時(shí)的濃度。將上面關(guān)系式代入一級(jí)反應(yīng)速率方程的定積分表達(dá)式，貝有：VV=臨飛kt12.303根據(jù)上式，如果以lg(V/Vt)對(duì)t作圖得一直線，即可驗(yàn)證該反應(yīng)是一級(jí)反應(yīng)。此時(shí)由直線的斜率可求出反應(yīng)速率常數(shù)k?？赩可由兩種方法得出：口GO實(shí)驗(yàn)得出。公式算出：口計(jì)算公式如下：按H2O2分解反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量式，lmolH2O2放出l/2molO2。在酸性溶液中以KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定H2O2溶液，則等于：5=MH2O2口V日2。2小珈口(m3)口式中：MH2o2口H2O2的起始摩爾濃度molL1

4、；VH2O2口H2O2溶液的體積(m3)；p口氧氣的分壓，即大氣壓減去實(shí)驗(yàn)溫度下水的飽和蒸氣壓(Pa)；T實(shí)驗(yàn)的熱力學(xué)溫度(K)；RD氣體常數(shù)，取8.314JK-imol-i。由于這種方法需用KMnO4滴定H2O2的濃度，比較麻煩，所以一般都用實(shí)驗(yàn)法直接獲得。如果我們改變分解反應(yīng)的溫度，求得不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，則根據(jù)阿侖尼烏斯公式，有：dlnkEdTRT2積分后可知，若以lnk對(duì)1/T作圖，由斜率則可求得在該反應(yīng)溫度范圍內(nèi)的平均活化能。體積法是研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的基本方法之一。只要反應(yīng)過程中體系的體積發(fā)生明顯的變化，一般都可用這種方法研究該反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)。口3儀器試劑恒溫槽1套；秒表1只；

5、混合液O.OSmolLFeCt-O.OOSmolLQuCrO/moLLJHCl；0.2mol單。?口4實(shí)驗(yàn)步驟D實(shí)驗(yàn)裝置圖如圖2.15.1所示。實(shí)驗(yàn)前需檢查測(cè)量系統(tǒng)是否漏氣，為此，打開活塞A,拔開塞子B,提高水準(zhǔn)瓶C,使量氣管D內(nèi)的水面升至上部，關(guān)閉活塞A,把水準(zhǔn)瓶放在桌面上。塞緊塞子B,打開活塞A,任水面自由下落，若降至某一位置保持靜止，則證明系統(tǒng)不漏氣，即可開始實(shí)驗(yàn)。拔開塞子B,打開活塞A,提高水準(zhǔn)瓶C,使D管內(nèi)的水平面升至量氣管0刻度以上，關(guān)閉A。再調(diào)節(jié)A,使D管內(nèi)的水面恰在刻度0的位置。移取20mLH2O2溶液注入B,加入10mL混合液，隨即把塞子塞緊。此時(shí)H2O2已開始分解，不斷調(diào)節(jié)

6、活塞A,使量氣管內(nèi)兩壁的水面保持相同，當(dāng)氣體放出速度趨于穩(wěn)定后(約10min),記下D管內(nèi)水平面的刻度，同時(shí)打開秒表,每5min記錄一次D管內(nèi)水面的位置。記錄8個(gè)10個(gè)數(shù)據(jù)。為得到H2O2全部分解后的體積V,將測(cè)得8個(gè)10個(gè)匕后的試管瓶放在80C水浴中加熱，22旳t并不斷搖動(dòng)，待反應(yīng)管內(nèi)不再有氣泡放出為止。取出反應(yīng)管，仍放回原恒溫槽內(nèi)恒溫后，讀取量氣管內(nèi)水面刻度，即V數(shù)值。圖2.15.1過氧化氫分解裝置本實(shí)驗(yàn)可用來求H2O2分解反應(yīng)的活化能，改變反應(yīng)溫度，分別測(cè)定25C、30C、35C、40C等溫度下的速率常數(shù)，方法同上。5D數(shù)據(jù)處理(1)可按下列格式記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。室溫：大氣壓：口恒溫槽溫度：V=時(shí)間t/min體積口匕/mL匕-匕/mL仗(匕-匕)-(2)以1g(Vg-Vt)為縱坐標(biāo)，時(shí)間t為橫坐標(biāo)作1g(V-Vt)t口圖。由直線斜率計(jì)算分解反應(yīng)的速率常數(shù)口k/min-i口。口6注重事項(xiàng)口(1)氣體的體積受溫度和壓力影響較大，在實(shí)驗(yàn)中要保證所測(cè)得的匕和V都是在相同的溫度t