過氧化氫催化分解反應速率常數的測定

一、實驗目的

（1）了解過氧化氫催化分解反應速率常數的測定方法。

 （2）熟悉一級反應的特點，了解催化劑對反映速率的影響。

 （3）掌握用圖解計算法求反應速率常數。

二、實驗用品

（1）了解過氧化氫催化分解反應速率常數的測定方法。

 （2）熟悉一級反應的特點，了解催化劑對反映速率的影響。

 （3）掌握用圖解計算法求反應速率常數。

三、實驗原理與技術

過氧化氫很不穩定，在常溫下的分解反應式為：

 H2O2→H2O+1/2O2         （Ⅰ）

 在KI作用下的分解反應機理為：

 H2O2+KI→KIO+ H2O （慢）    （Ⅱ）

 KIO→KI+1/2O2   （快）    （Ⅲ）

 （Ⅱ）式是H2O2分解的速控步驟，H2O2分解反應的反應速率方程為：

 －dcH2O2/dt=k´cH2O2·cKI              

（Ⅳ） 因為cKI近似不變，（Ⅳ）式可簡化為：

 －dcH2O2/dt=kcH2O2               （Ⅴ）

（其中k=k´cKI）。

 H2O2的催化分解反應為一級反應，對（Ⅴ）式積分可得：

ln（c/ c0）=－kt    （Ⅵ）

（其中c0為H2O2的初始濃度；

c為反應至t時刻H2O2的濃度；

k為H2O2的催化分解反應的速率常數）。

 反應的半衰期為： t1/2= ln2/k=0.693/k          （Ⅶ）

在等溫等壓條件下，在H2O2的分解反應中，氧氣體積增長速率反映了H2O2的分解速率，本實驗就是通過測定不同時刻放出的氧氣的體積，間接地求出H2O2在相應時刻的濃度，這種方法稱為物理法。

 令ⅴ∞表示H2O2全部分解放出的O2的體積；ⅴt表示反應至t時刻放出的O2的體積；則由（Ⅰ）式可看出：定溫定壓下反應產生的O2的體積ⅴt與被消耗的H2O2的濃度成正比，而ⅴ∞則與H2O2的初始濃度成正比，且兩者比例系數為定值，則：c。∝ⅴ∞；c∝（ⅴ∞-ⅴt）。

 代入（Ⅵ）式可得：ln[（ⅴ∞-ⅴt）/ⅴ∞]=－kt        （Ⅷ）

 →ln（ⅴ∞-ⅴt）=－kt ＋lnⅴ∞                   （Ⅸ）

 （其中ⅴ∞可以通過外推法或加熱法求得）。

四、實驗步驟

（1）組裝儀器（實驗室工作人員已經裝好）。

（2）先用量筒量10mL蒸餾水和用吸量管吸取5mL 0.1mol·L-1KI溶液注入反應器的一室；再用另一支吸量管吸取5mL質量分數為2%的H2O2溶液于另一室。（注：此過程中各室的溶液都不能滴漏于另一邊）。接著，蓋好瓶塞，查漏。方法如下：

水準瓶裝入一定量蒸餾水，旋轉三同活塞，使體系與外界相通；高舉水準瓶，使量氣管的水平面達到0.00mL（即ⅴ０）刻度處，然后再旋轉三通活塞，使體系與外界隔絕，水準瓶放回實驗臺面。2min內保持不變，則表示不漏氣；否則，要找出原因，排除它。

（3）傾斜反應器，使KI溶液流入H2O2溶液中，立即開啟秒表，混合溶液兩室中反復轉移3－4次，zui后全部停留在一室，平穩且力度適中地搖勻。（注：反應器必須與量氣管相通）（4）每隔一定時間（大約產生3.00mLO2），分別讀取量氣管的讀數和記下對應的時間，8－12組即可。（注：每次水準瓶的液面與量氣管的液面保持在同一水平方可讀數）

（5）反應器于55℃水浴中加熱，至沒小氣泡產生（約為20min），取出反應器，冷卻至原溫，然后讀數，至相鄰讀數的差值不超過0.02mL為止，記為ⅴ水浴。它與ⅴ０的差值即為ⅴ∞。