實(shí)驗(yàn)二過氧化氫分解反響動(dòng)力學(xué)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?．熟悉一級(jí)反響特點(diǎn)，了解反響物濃度、溫度、催化劑等因素對(duì)一級(jí)反響速度的影響。2．用靜態(tài)法測(cè)定H2O2分解反響的速度常數(shù)和半衰期。3．掌握量氣技術(shù)，學(xué)會(huì)用圖解計(jì)算法求出一級(jí)反響的速度常數(shù)。二、實(shí)驗(yàn)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(jí)反響。實(shí)驗(yàn)證明，過氧化氫的反響機(jī)理為一級(jí)反響。化學(xué)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(shí)，分解反響進(jìn)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(xué)計(jì)量式如下：H2O2(l)=H2O(l)+1/2O2(g)假設(shè)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(tǒng)中反響到t時(shí)刻H2O2濃度，因KI在反響過程中濃度不變，故上式可簡(jiǎn)化為-dcA/dt=kcA〔2.1〕式中k=k’cKI,將上式別離變量積分：當(dāng)t=0時(shí)，CA=C0；t=t時(shí)，CA=Ct；定積分式為：〔2.2〕積分結(jié)果：〔2.3〕式是的直線方程。反響進(jìn)行過程中，測(cè)定不同時(shí)刻t時(shí)反響系統(tǒng)中H2O2的濃度ct，取得假設(shè)干組ct、t的數(shù)據(jù)后，以lnct對(duì)t作圖，得一直線，說明該反響為一級(jí)反響〔準(zhǔn)一級(jí)反響〕，直線斜率為-k。在H2O2催化分解過程中t時(shí)刻H2O2的濃度可通過測(cè)量相應(yīng)的時(shí)間內(nèi)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(shù)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(shí)刻分解放出的氧氣體積，那么：;co∝Vf，ct∝〔Vf－Vt〕將上述關(guān)系代入〔14.3〕式，得：ln〔Vf－Vt〕=-kt+lnVf(2.4)如果以ln〔Vf－Vt〕對(duì)t作圖得一直線，即驗(yàn)證是一級(jí)反響；由直線斜率m可求出速率常數(shù)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(shí)，它不隨時(shí)間改變。實(shí)驗(yàn)過程中只需要測(cè)定反響進(jìn)行的不同時(shí)刻t時(shí)H2O2分解放出的氧氣體積Vt(假設(shè)干個(gè)數(shù)據(jù))和反響終了時(shí)H2O2全局部解放出的氧氣體積Vf〔一個(gè)數(shù)據(jù)〕，以ln〔Vf－Vt〕對(duì)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(shù)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(biāo)，對(duì)Vt作圖，將直線外推至1/t=0，其截距即Vf。〔b〕加熱法：在測(cè)定假設(shè)干個(gè)Vt數(shù)據(jù)后，將H2O2加熱至50—60℃約15分鐘，可認(rèn)為H2O2已根本分解完畢，待溶液冷卻到實(shí)驗(yàn)溫度時(shí)，讀出量氣管讀數(shù)即為Vf，同學(xué)們可自擇二者之一，與滴定結(jié)果作對(duì)照。當(dāng)時(shí)，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(shí)，一級(jí)反響的半衰期應(yīng)與反響的速度常數(shù)成反比，而與反響物的初始濃度無關(guān)。三、儀器和藥品：1.儀器：H2O2分解速率測(cè)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(xiàn)配，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%〕；KI固體；H2SO4溶液〔3.0mol/L〕KMnO4標(biāo)準(zhǔn)溶液〔0.05mol/L〕。四、實(shí)驗(yàn)步驟：〔濃度不用標(biāo)定，直接按質(zhì)量分?jǐn)?shù)2%換算成摩爾濃度〕(一)配制試劑；(二)按圖2-1安裝好實(shí)驗(yàn)裝置；(三)測(cè)量過程；1.試漏：將水準(zhǔn)球內(nèi)加水，2/3容積為準(zhǔn)，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(shí)調(diào)節(jié)恒溫槽溫度。2.調(diào)節(jié)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(shí)驗(yàn)中能夠根本恒定。燒杯放在攪拌器座上。夾好測(cè)溫用溫度計(jì)。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(zhǔn)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(jìn)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(zhǔn)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(tǒng)內(nèi)部聯(lián)通，將水準(zhǔn)瓶放到最低位置，假設(shè)量氣管中水位在2分鐘內(nèi)保持不變，說明系統(tǒng)不漏氣，可以進(jìn)行分解反響。5.旋動(dòng)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(guān)，同時(shí)記下時(shí)間，此時(shí)KI容器傾倒，KI溶于H2O2溶液中，分解反響開始，當(dāng)O2開始釋放出后應(yīng)隨時(shí)保持水準(zhǔn)瓶和量氣管液面在一水平線上。定時(shí)〔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(shí)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(shí)，接通電源使水浴升溫，溫度可到達(dá)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(shù)V和T〔k〕，記下當(dāng)時(shí)的大氣壓力，計(jì)算出Vf。圖2-1H2O2分解速率測(cè)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(zhǔn)瓶五、數(shù)據(jù)記錄和處理1.數(shù)據(jù)記錄：時(shí)間/minO2氣體體積Vt/ml0 246810……322．根據(jù)H2O2的初始濃度計(jì)算Vf，列出t、Vt、〔Vf-Vt〕及l(fā)n(Vf-Vt)表。根據(jù)T/minVt/mlVf-Vt/mlln(Vf-Vt)024681012141618……32以ln(Vf-Vt)對(duì)t作圖，求出曲線斜率及k。計(jì)算反響的半衰期t1/2。六、思考題

1、讀取氧氣體積時(shí)，為什么量氣管與水準(zhǔn)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(zhǔn)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(chǎn)生，水面所受的壓力增大而降低。讀取氧氣體積時(shí)，使量氣管及水準(zhǔn)瓶中水面處于同一水平面，就是繼續(xù)保持兩邊液面上的壓力相等，這樣測(cè)出來的氣體體積才是當(dāng)時(shí)大氣壓下的體積。附錄：標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定：稱取0.12—0.