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过氧化氢分解速率常数的测1

过氧化氢分解速率常数的测定

Determination of H2O2 Decomposition Rate Constant

一.实验目的及要求

1. 熟悉一级反应的特点

2. 测定过氧化氢分解反应的速率常数和级数

3. 了解各种因素对反应速率的影响

4. 用图解法求过氧化氢分解反应的速率常数

二.实验原理

凡是反应速度只是与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。实验证明,过氧化氢分解的反应为

过氧化氢分解速率常数的测1

如果该反应属于一级反应,则其反应速度方程应遵守下式:

过氧化氢分解速率常数的测1

式中:k为反应速度常数;C t为时间为t式的反应物浓度。

将式(1)积分得:

过氧化氢分解速率常数的测1

式中:为反应开始时H2O2的浓度。

如将(2)变换,可得:

过氧化氢分解速率常数的测1

该式子式是lnC t~t的直线方程。反应进行过程中,测定不同时刻t时反应系统中H2O2的浓度C t,取得若干组C t ,t数据后,以lnC t对时间t作图,可得一直线,表明该反应为一级反

应,其斜率为反应速度常数得负值-k,截距为㏑。

三.实验方法

1.实验条件的设计:

化学反应速度取决于许多因素,例如反应物的浓度﹑搅拌速度﹑反应压力﹑温度﹑催化剂等

等。某些催化剂可以明显地加快反应速度。能加速H2O2分解的催化剂Pt﹑Ag﹑碘化物等等。本实验用KI作为催化剂,在静态装置里测定H2O2分解反应的速度常数(实验装置见第三部分)。H2O2在水溶液中分解释放出氧气的速率较慢,加入KI时,速率加快,其反应按下面的步骤进行,即

KI+ H2O2====KIO+H2O (慢) (1)

KIO====KI+1/2O2(快) (2)

由于第一步的速率比第二步慢得多,所以第一步为反应得控制步骤。因而可以假定其反应的速率方程式为

过氧化氢分解速率常数的测1

式中,C t为反应系统中反应到t时刻H2O2浓度,因KI在反应过程中浓度不变,故上式可以简化为

过氧化氢分解速率常数的测1

过氧化氢分解速率常数的测1

当 t=0时,C t=C0

t=t时,C t=C t

定积分式为

过氧化氢分解速率常数的测1

积分结果

lnC t=-kt+㏑C0(5)

式(5)是lnC t~t的直线方程。反应进行过程中,测定不同时刻t时反应系统中H2O2的浓度C t,取得若干组C t,t的数据后,以㏑C t对t作图,得一直线,表明该反应为一级反应(准一级反应),直线斜率为-k 。

2、V∞的求取:

由反应方程式可知,在恒温常压下,H2O2分解的反应速度与氧气的析出速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。在H2O2催化分解过程中t时刻H2O2的浓度可以通过测量相应时间内分解放出的氧气的体积得出。放出的氧气的体积与分解了的H2O2的量成正比,其比例系数为定值。若以Vt和Ct表示时间t时量气管的读数和H2O2的浓度,表示H2O2完全分解时量气管的读数,则

Ct ∝(V∞-Vt)

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ln(V∞-Vt)=-kt+ln V∞(6)

如果以ln(V∞-Vt)对t作图得一直线,即验证是一级反应,由直线斜率m可求出速率常数k,m=-k。

式(6)为ln(V∞-Vt)~t的直线方程,式中V∞为H2O2全部分解放出的氧气体积,反应温度及KI浓度一定时,它不随时间改变。实验过程中只需要测定反应进行到不同时刻t时的H2O2分解放出的氧气体积Vt(若干个数据)和反应终了时H2O2全部分解放出氧气体积V∞(一个数据),以ln(V∞-Vt)对时间t作图得一直线,直线斜率为m=-k ,用作图法可求出反应速率常数k 。

V∞可采用如下两种方法求取:

(1)外推法以为横坐标对Vt作图,将直线段外推至=0,其截距即为V∞

(2)加热法在测定若干个Vt数据之后,将H2O2溶液加热至50-60℃约15分钟,可认为H2O2以基本分解。待完全冷却后,记下量气管读数,即为V∞

V∞也可以不测,由“数据处理”中介绍的方法求出反应速率常数k

四.仪器和药品

1.实验装置一套(见下图)

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