实验二十二过氧化氢催化分解 〖HT5S〗〖HS2〗〖HT5H〗1〓目的要求〖HT5SS〗(1)〓测定过氧化氢分解的反应速度常数 〖WTBZ〗(2)〓了解用体积法研究动力学的基本原理。(3)〓了解实验测定活化能E的原理 和方法。〖HS2〗〖HT5H〗2〓基本原理〖HT5SS〗$过氧化氢在没有催化剂时,分解反应进 行得很慢,加入催化剂时能促进其分解。过氧化氢分解的化学计量式如下:"〖JZ〗H20 2→H20+〖SX(〗1〖〗2〖Sx)〗02(很多物质都能对这一反应起催化作用,如铂、银、 铅、二氧化锰、三氯化铁以及三氯化铁和*氯化铜的混合物等。本实验是以三氯化铁和氯化铜 混合物作催化剂,研究H202分解反应#的动力学。其中CuC12是助催化剂,单独使用它, 并不能催化该反应。+在本实验条件下,过氧化氢的分解是一级反应。若以a表示H20 的起始浓度,x表示/在时刻t时已经分解掉的H202的浓度,则所剩余的H202的 浓度为(a-x),于是有:"〓〓〓〓〖SX(〗dx〖〗dt〖Sx)〗=k1(a-x)积分 上式:〓〓〓〓1n(a-x)=-k1t+lna+式中k1为反应速率常数,它的大小 表征着反应速率的快慢。1na为积分常数,可由t=0,x=0这一边界条件得出。-在H20 2的催化分解中,t时刻202的浓度Ct可通过测量在相应的时间内分解放出的 *氧气的体积得出。因分解过程中放出氧气的体积与分解了的H202的浓度成正比,其比例 常数为定值。.令V∞表示H202全部分解放出的氧气体积,Vt表示H202在 t时刻分解放出的氧气的体积,则:〓〓〓〓 V∞;〓=Ct(V∞-Vt )/式中,C0、Ct分别代表H202在t=0和t=t时的浓度。将上面关系式代入 级反应速率方程的定积分表达式,则有:6〓〓〓1g〖SX(〗Ct〖〗C。〖SX)〗=1g 〖SX(〗V∞-Vt〖〗V∞〖Sx)〗=-〖SX(〗k1t〖〗2303〖SX)〗或者-1g( V∞-Vt)=-〖SX(〗k1t〖〗2303〖sx)〗+lgV∞,根据上式,如果以lg(V ∞-Vt)对t作图得一直线,即可验证该反应是一级反应。此时由直线的斜率可求出反应速 率常数k1 V∞可由两种方法得出: (1)实验得出。 (2)公式算出 计算公式如下:4按H202分解反应的化学计量式,1molH202放出〖Sx(〗1〖〗2〖SX)〗 mo102。在%酸性溶液中以KMn04标准溶液滴定H202溶液,V 则等于:4V H202 H202·〖SX(〗RT〖〗P〖Sx)〗(m3))式中: H202 H202的起始摩尔浓度mol·L-1 H202 02溶液的体积(m3);# 氧气的分压,即大气压减去实验温度下水的饱 和蒸气压(Pa) 实验的热力学温度(K):#R 气体常数,取8314J·K 1·mol 由于这种方法需用KMn04滴定H202的浓度,比较麻烦,所以 般都用实验法直接获得。)如果我们改变分解反应的温度,求得不同温度下的反应速率常 数k1,则根据阿仑尼乌斯公式,有:-==〓=〖SX(〗dlnk〖〗dT〖Sx)〗=〖SX(〗 E〖〗RT2〖SX)〗-积分后可知,若以1nk对〖Sx(〗1〖〗T〖Sx)〗作图,由斜率则 可求得在该反应温度范围内的平均活化能。’体积法是研究化学反应动力学的基本方法之 只要反应过程中体系的体积发生明显的变化,一般都可用这种方法研究该反应的动力学 〖HS2〗〖H〗3〓仪器〓试剂〖HT5SS〗恒温槽〓〓1套秒表〓〓=1只;混合液〓〓 005mol·L 1FeCl3-0005mol·L-1CuCl2-04mol·L 1HCl〓〓 〓==02mol·L-1H202〖HS2〗〖HT5H〗4〓实验步骤〖HT5SS〗(1)〓实验装
实验二十二 过氧化氢催化分解 〖HT 5SS〗〖HS2〗〖HT5H〗1〓目的要求 〖HT5SS〗(1)〓测定过氧化氢分解的反应速度常数。 〖WTBZ〗(2)〓了解用体积法研究动力学的基本原理。 (3)〓了解实验测定活化能E的原 理 和方法。 〖HS2〗〖HT5H〗2〓基本原理 〖HT5SS〗$过氧化氢在没有催化剂时，分解反 应进 行得很慢，加入催化剂时能促进其分解。 过氧化氢分解的化学计量式如下： "〖JZ 〗H 2O 2→H 2O+〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗O 2 (很多物质都能对这一反应起催化作用， 如铂、银、 铅、二氧化锰、三氯化铁以及三氯化铁和*氯化铜的混合物等。本实验是以三氯 化铁和氯化铜 混合物作催化剂，研究H 2O 2分解反应#的动力学。其中CuCl 2是助催化剂 ，单独使用它， 并不能催化该反应。 +在本实验条件下，过氧化氢的分解是一级反应。若 以 a 表示H 2O 2的起始浓度，x表示/在时刻 t 时已经分解掉的H 2O 2的浓度，则 所剩余的H 2O 2的 浓度为( a-x )，于是有： "〓〓〓〓〖SX(〗d x 〖〗d t〖SX) 〗=k 1(a-x) 积分 上式： 〓〓〓〓ln( a-x)=-k 1t +ln a +式中 k 1 为 反应速率常数，它的大小 表征着反应速率的快慢。ln a为积分常数，可由t=0，x=0 这一 边界条件得出。 -在H 2O 2的催化分解中， t 时刻H 2O 2的浓度 C t 可通过测 量在相应的时间内分解放出的 *氧气的体积得出。因分解过程中放出氧气的体积与分解了的H 2O 2的浓度成正比，其比例 常数为定值。.令 V ∞ 表示H 2O 2全部分解放出的氧 气体积， V t 表示H 2O 2在 t 时刻分解放出的氧气的体积，则： 〓〓〓〓 C 0 V ∞；〓〓C t (V ∞-V t ) /式中， C 0、C t 分别代表H 2O 2在 t=0 和t=t 时的浓度。将上面关系式代入 一级反应速率方程的定积分表达式，则有： 6〓〓〓 lg〖SX(〗 C t〖〗C。 〖SX)〗=lg 〖SX(〗 V ∞-V t〖〗V ∞〖SX)〗=-〖SX(〗k 1t〖〗2 303 〖SX)〗 或者 -lg( V ∞-V t)=-〖SX(〗k 1t〖〗2 303 〖SX) 〗+lg V ∞ ,根据上式，如果以lg( V ∞-V t)对t作图得一直线，即可验证该反应 是一级反应。此时由直线的斜率可求出反应速 率常数k 1 。 V ∞ 可由两种方法得 出： (1)实验得出。 (2)公式算出。 计算公式如下：4按H 2O 2分解反应的 化学计量式，1molH 2O 2放出〖SX(〗1〖〗2〖SX)〗 molO 2。在%酸性溶液中以KMnO 4 标准溶液滴定H 2O 2溶液， V ∞ 则等于： 4 V ∞=M H 2O 2 · V H 2O 2 ·〖SX(〗 RT〖〗P 〖SX)〗(m 3) )式中： M H 2O 2 ——H 2O 2的起始摩尔浓度mol·L -1 V H 2O 2 ——H 2O 2溶液的体积(m 3)； # P ——氧气的分压，即大气压减去实验温度下水的饱 和蒸气压(Pa)； T ——实验的热力学温度(K)； # R ——气体常数，取8 314J·K -1 ·mol -1 。 ,由于这种方法需用KMnO 4滴定H 2O 2的浓度，比较麻烦，所以 一般都用实验法直接 获得。 )如果我们改变分解反应的温度，求得不同温度下的反应速率常 数 k 1 ，则根 据阿仑尼乌斯公式，有： -〓〓〓〓〖SX(〗d lnk 〖〗d T〖SX)〗=〖SX(〗 E〖〗RT 2 〖SX)〗 -积分后可知，若以ln k对〖SX(〗1〖〗T 〖SX)〗作图，由斜率则 可求得在 该反应温度范 围内的平均活化能。 '体积法是研究化学反应动力学的基本方法之 一。只要反应过程中体 系的体积发生明显的变化，一般都可用这种方法研究该反应的动力学。 〖HS2〗〖HT5H〗3 〓仪器〓试剂 〖HT5SS〗恒温槽〓〓1套 秒表〓〓〓1只 ;混合液〓〓 0 05mol·L - 1 FeCl 3-0 005mol·L -1 CuCl 2-0 4mol·L -1 HCl 〓〓 〓〓〓0 2mol ·L -1 H 2O 2 〖HS2〗〖HT5H〗4〓实验步骤 〖HT5SS〗(1)〓实验装
置图如图Ⅱ171所示。*实验前需检查测量系统是否漏气,为此,打开活塞A,拔开塞子B 提高水准瓶C,使量气管D)内的水面升至上部,关闭活塞A,把水准瓶放在桌面上。塞紧塞子B, 打开活塞A,任水面自!由下落,若降至某一位置保持静止,则证明系统不漏气,即可开始实验 +(2)〓拔开塞子B,打开活塞A,提高水准瓶C,使D管内的水平面升至量气管0刻度以上,关 闭A。再调节A,使D管内的水面恰在刻度0的位置。0移取20mLH202溶液注入B,加入10mL 混合液,随即把塞子塞紧。此时H202已开始分+解,不断调节活塞A,使量气管内两壁的水 面保持相同,当气体放出速度趋于稳定后(约10mi,n),记下D管内水平面的刻度,同时打开秒 表,每5min记录一次D管内水面的位置。记录8个~10个数据。.为得到H202全部分解后 的体积V∞,将测得8个~10个Vt后的试管瓶放在80℃水浴中加(热,并不断摇动,待 反应管内不再有气泡放出为止。取出反应管,仍放回原恒温槽内恒温后,读取量气管内水面刻 度,即V∞数值 %〖HT5S5〗〖JZ〗图Ⅱ171〓过 氧化氢分解装置HT5SS〗,本实验可用来求H202分解反应的活化能,改变反应温度 分别测定25℃、30℃、35℃、40℃等温度下的速率常数,方法同上。〖HS2〗〖HT5H〗5〓数 据处理〖HT5SS〗(1)〓可按下列格式记录实验数据。室温:〖CD#6〗〓〓大气压:〖CD#6〗 恒温槽温度:〓==〓=V 〖HT6SS〗〖BG(!)〖BHG2,W7,WK9,WK7,WK骤W〗2 时间t/min〖〗体积Vt/mL〖〗V∞-Vt/mL〖〗lg(V∞-Vt)-〖BHG4〗 〖GP〗···〖〗〖GP〗···〖〗〖GP〗···〖〗〖GP〗 〖BG〗〗4〖HT5SS〗(2) 〓以1g(V∞-Vt)为纵坐标,时间t为横坐标作lg(V∞-Vt)#一t图。由直 线斜率计算分解反应的速率常数k/min-1。〖HS2派HT5H〗6〓注重事项〖HT5SS〗 +(1)〓气体的体积受温度和压力影响较大,在实验中要保证所测得的Vt和V∞都是在 相同的温度和压力下的数据。+(2)〓要真正搞清楚动力学方程中Vt、V∞的含义 这样,在进行数据处理时就不会出现错误。〖HS2〗〖HT5H〗7〓思考题〖HT5SS〗(1)〓反 应速率常数与哪些因素有关?+(2)〓为什么在每次读取Vt或V∞时,一定要调整量气 管两壁的水面相
置图如图Ⅱ 17 1所示。*实验前需检查测量系统是否漏气，为此，打开活塞A，拔开塞子B， 提高水准 瓶C，使量气管D)内的水面升至上部，关闭活塞A，把水准瓶放在桌面上。塞紧塞子B， 打开 活塞A，任水面自!由下落，若降至某一位置保持静止，则证明系统不漏气，即可开始实验。 +(2)〓拔开塞子B，打开活塞A，提高水准瓶C，使D管内的水平面升至量气管0刻度以上， 关 闭A。再调节A，使D管内的水面恰在刻度0的位置。 0移取20mLH 2O 2溶液注入B，加入 10mL 混合液，随即把塞子塞紧。此时H 2O 2已开始分+解，不断调节活塞A，使量气管内两 壁的水 面保持相同，当气体放出速度趋于稳定后(约10mi,n)，记下D管内水平面的刻度，同 时打开秒 表，每5min记录一次D管内水面的位置。记录8个～10个数据。 .为得到H 2O 2 全部分解后 的体积 V ∞，将测得8个～10个V t 后的试管瓶放在80℃水浴中加(热，并 不断摇动，待 反应管内不再有气泡放出为止。取出反应管，仍放回原恒温槽内恒温后，读取 量气管内水面刻 度，即 V ∞ 数值。 %〖HT5”SS〗〖J Z〗图Ⅱ 17 1〓过 氧化氢分解装置 〖HT5SS〗,本实验可用来求H 2O 2分解反应的活 化能，改变反应温度， 分别测定25℃、30℃、35℃、40℃等温度下的速率常数，方法同上。 〖HS2〗〖HT5H〗5〓数 据处理 〖HT5SS〗(1)〓可按下列格式记录实验数据。 室温：〖 CD#6〗〓〓大气压：〖CD#6〗 恒温槽温度：〓〓〓〓〓 V ∞ = 〖HT6SS〗〖BG(!) 〖BHG2，WK7，WK9，WK7，WK9W〗2 时间 t ／min〖〗体积 V t ／mL〖〗 V ∞-V t ／mL〖〗lg( V ∞-V t )-〖BHG4〗 〖GP〗···〖〗〖GP〗···〖〗〖GP〗·· ·〖〗〖GP〗···〖BG〗〗4〖HT5SS〗(2) 〓以lg (V ∞-V t )为纵坐标，时间 t 为横坐标作lg( V ∞-V t)#—t 图。由直 线斜率计算分解反应的速率常数 k ／min -1 。 〖HS2〗〖HT5H〗6〓注重事项 〖HT5SS〗 +(1)〓气体的体积受温度和压力影响 较大，在实验中要保证所测得的 V t和V ∞ 都是在 相同的温度和压力下的数据。 +(2 )〓要真正搞清楚动力学方程中 V t、V ∞ 的含义， 这样，在进行数据处理时就不会出 现错误。 〖HS2〗〖HT5H〗7〓思考题 〖HT5SS〗(1)〓反 应速率常数与哪些因素有关? + (2)〓为什么在每次读取 V t或V ∞ 时，一定要调整量气 管两壁的水面相平
