催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响.ppt

实验14--过氧化氢催化分解反应速率常数的测定实验目的：1. 了解过氧化氢的催化分解反应。

2. 掌握反应速率常数的测定方法。

实验原理：过氧化氢在水溶液中会自发分解，产生氧气和水。

但是过氧化氢自身的分解速度非常慢，因此需要催化剂来加速反应速率。

催化剂可以降低活化能，使反应更容易进行。

H2O2(aq) → O2(g) + 2H2O(l)该反应为一级反应，其反应速率可以表示为：r = k[H2O2]其中，r为反应速率，k为反应速率常数，[H2O2]为过氧化氢浓度。

为了方便起见，我们可以使用实验时测得的氧气体积来代替反应速率，即：在反应中，过氧化氢的浓度随时间而减少，因此反应速率常数k也随时间而变化。

为了得到反应速率常数k的准确值，我们需要使[H2O2]在整个反应过程中变化量相对较小，通常可以在反应初期进行。

实验仪器和试剂：1. 实验室盛装设备2. 10 mL 滴定管3. 过氧化氢溶液（30%）4. 硫酸铜催化剂溶液6. 蒸馏水实验步骤：1. 将实验室盛装设备清洗干净，取出等压瓶并将其放入水中，保持水平。

使用10 mL 滴定管向等压瓶中滴加10 mL的过氧化氢溶液，尽量不在氧气冒出的条件下加入。

等压瓶中应剩余20 mL空气。

2. 在反应开始前，将硫酸铜催化剂溶液加入等压瓶中。

使用10 mL 滴定管向等压瓶中滴加0.5 mL的硫酸铜催化剂溶液，并轻轻摇荡等压瓶使催化剂充分混合。

3. 在反应开始后，使用滴定管向等压瓶中滴加氢氧化钠溶液。

每滴加入1 mL，滴加后轻轻摇荡等压瓶，注意观察等压瓶中气体体积变化。

反应开始前应先注意精密加水前的气体体积，以作为实验的参考。

4. 在反应过程中，每隔30秒记录一次氧气体积V和反应时间t，记录10分钟。

记录时，将等压瓶放在室温下，以保持反应温度稳定。

5. 测量完毕后，关闭水龙头，使用滴定管向等压瓶中滴加足量氢氧化钠溶液，并等待反应结束。

注意：反应结束后，等压瓶中还有一定量的过氧化氢未反应完全，因此等压瓶不能直接倒掉，要用蒸馏水清洗干净。

过氧化氢催化分解实验目的：1. 测定KI催化H2O2分解反应的速率常数和反应级数。

2. 掌握一级反应的特性，考察反应物浓度、催化剂浓度等对反应速率常数的影响。

3. 掌握由动力学数据确定反应速率常数及反应级数的方法。

实验内容：1.测定不同反应条件下H2O2分解产生氧气的速率，以产生一定体积的氧气所对应的时间计算。

2.准确标定H2O2溶液的初始浓度c0。

3.计算V∞的数值。

4.做ln（V∞-V t）-t图，由直线斜率求表观反应速率常数及相对应的半衰期。

实验进程：一、讲解内容1. 做好实验准备，在实验开始前要求学生将恒温水浴温度调节到（25±0.10）℃并打开循环水泵进行恒温。

2. 实验原理：过氧化氢是一种很不稳定的化合物，在没有催化剂存在时，分解很慢，加入催化剂可以加速其分解。

(1)提问：大家肯定已经学习过过氧化氢的分解反应，反应产物为？（1）在加入催化剂KI的条件下，H2O2的反应进程加快，讲解反应步骤：慢（2）快（3）由以上机理可知，KI和H2O2生成的中间产物改变了反应途径，降低了反应的活化能，从而加速了反应进程。

研究表明，反应（2）的速率远慢于反应（3），反应（2）为整个分解过程的控速步骤，而总反应（1）的速率就等于（2）的反应速率，故H2O2分解反应速率方程可表示为：（4）式中，c表示各物质浓度（mol / L）；t为反应时间；k为反应速率常数，其职与温度、催化剂等有关。

反应中KI作为催化剂，浓度不发生改变，可令k=，式（4）可简化为：（5）k为表观反应速率常数，量纲为[时间]-1。

由式（5）可以看出，反应速率与反应物浓度的一次方成正比，故H2O2催化分解反应为一级反应，其表观反应速率常数k将随温度和KI浓度变化而变化。

将式（5）积分得：＋（6）式中，c0为H2O2的初始浓度；c t为t时刻H2O2的浓度。

以对t作图若为一直线，则确定H2O2催化分解反应为一级反应，并可由直线斜率求出反应速率常数k。

催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响柯桥区柯桥中学王萍一、教材依据教材版本：苏教版普通高中课程标准实验教科书《实验化学》选修课题名称：§4—2催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响二、设计思想（一）教学指导思想、设计理念知识建构理论认为：每个学生都在积极主动的建构自我的知识体系。

本节课以学生追求知识为主体，通过实验探究中理论知识和实验现象的碰撞，提出各种探究方法，进行实验探究，得出实验结论。

这样设计，增加了学生探究的主动性，调动了学生善于发现问题、解决问题的积极性，体现了“情景----发现”教学法的基本观点。

整体思路为：情境创设→问题探索→实验探究→得出结论→应用提高。

（二）教材分析本节课从生活经历“过氧化氢清洗伤口冒白泡”出发，引出催化剂。

通过比较不同的催化剂对过氧化氢分解速率的影响的差异，从中认识到催化剂的种类、用量及其性状的选择对实验效果的影响，同时通过同浓度不同催化剂、同催化剂不同浓度或同催化剂不同用量对过氧化氢分解速率的定性和定量实验现象观察、对比和分析，加深学生对定性、定量以及对化学反应条件控制---单因子变量的认识。

（三）学情分析1.学生经过《化学必修2》、《化学反应原理》的学习，对化学反应速率的影响因素和实质比较熟悉，但从定性和定量两个角度认识化学反应速率思考较少。

2.学生对化学现象的观察比较熟悉，但对实验设计原则：控制变量法——单因子变量，及实验设计思路认识不够。

三、教学目标（一）知识与能力：1.常识性的了解合适的催化剂选择和常用于催化过氧化氢的催化剂。

2.认识反应条件的控制在实验研究中的重要作用，加深对化学反应条件控制的重要性的认识。

3．探究同一浓度不同催化剂、同一催化剂不同浓度和不同用量的催化效果，通过定性和定量对比实验，寻求实验的最佳方案，并学会自己设计实验进行实验探究。

4．学会运用传感器探究实验，分析实验数据，提高动手能力及分析实验结果的能力（二）过程与方法：1.通过定性实验，让学生认识催化剂的催化效果，从而更深刻地理解催化剂的概念2.通过定性、定量实验，寻找最佳实验方案，学习科学探究方法，体验探究成功的快乐（三）情感态度与价值观：1.通过同浓度不同催化剂，同催化剂不同浓度对过氧化氢分解反应速率的影响分析，体会事物内外因关系和质变与量变辩证关系。

实验35 过氧化氢的催化分解一 实验目的1.测定H 2O 2催化分解反应的速率常数和半衰期。

2.熟悉一级反应的特点，了解温度、催化剂等因素对一级反应速率的影响。

3.学会用图解计算法或计算机方法求出一级反应的速率常数，计算活化能E a 。

二 预习要求1.掌握一级反应的方程及半衰期的计算。

2．熟练利用速率方程求速率常数。

三 实验原理过氧化氢是一种很不稳定的化合物，在没有催化剂作用时也能缓慢分解。

当有催化剂存在时则能加速其反应。

过氧化氢分解的化学计量式为：2222O 21O H O H +→ （11－1）该反应有催化剂（如KI）存在时，可以使其分解速率加快。

H 2O 2在KI作用下催化分解按下列步骤进行：O H KIO KI O H 222+→+ （11－2） KI O 21KIO 2+→ (11－３) 由上式可看出，KI与H 2O 2生成中间化合物，改变了反应途径，降低了反应活化能而使反应速率加快。

据认为，反应（11－3）的速率远较反应（11－2）的速率快，故反应（11－2）成为整个反应的控制步骤。

因此，总反应速率等于（11－2）的速率，即2222O H KI O H 'c c k dt dc ⋅=− （11－4）由于KI 浓度不变，故k’与合并仍为常数，，故方程式（11－4）可简化为 KI 'c k 2222O H O H kc dt dc =− （11－5）由（11－5）看出，反应速率与反应物浓度的一次方成正比。

故H 2O 2知在KI作用下的催化分解反应是一级反应，且反应速率常数k 将随KI的浓度变化而改变。

将式（11－5）积分，得 kt c c t −=0ln(11－6)式中：c 0——H 2O 2的初始浓度；c t ——t 时刻H 2O 2的浓度。

如以ln c t 对t 作图得一直线，即可确定H 2O 2催化分解反应为一级反应。

并由直线斜率便可求出反应速率常数k 。

怎样求得反应过程中H 2O 2的浓度c t 呢？本实验采用物理法进行测定。

第二单元 我们周围的空气 课题3 制取氧气 第二课时

教学目标： 1、 认识分解反应、催化剂及催化作用。 2、 培养学生观察与分析、合作与交流的能力。 3、 通过实验激发学生的学习兴趣，增强学生的探究欲。 教学重点： 分解反应、催化剂和催化作用 教学难点： 对催化剂和二氧化锰在分解过氧化氢反应中所起取催化作用的理解。 教学过程：

【复习回顾】 气体收集方法，实验室制取氧气的方法，高锰酸钾制取氧气的操作步骤和注意事项。 【导入新课】 [ppt展示]氯酸钾和过氧化氢制取氧气。 [提问] 这两个反应为什么都要加二氧化锰呢？它在里面有什么作用？

[探究]用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的探究。 [引导讨论]提出猜想与假设：

（1）二氧化锰是反应物，能与过氧化氢反应放出氧气。 （2）二氧化锰有某种特殊作用，使过氧化氢的分解加快。 [演示]探究实验

步骤一：在常温下，把带火星的木条伸入过氧化氢溶液的试管，观察木条是否复燃？ 现象：木条不能复燃 结论：说明常温下分解缓慢，放出氧气少。 步骤二：向上述试管中，加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管。观察发生的现象。 现象：木条复燃了 结论：说明在常温下过氧化氢溶液遇到二氧化锰（MnO2）时迅速产生氧气。 [过渡]从上面的实验中可以看出，二氧化锰能加快过氧化氢的分解速率，那么

二氧化锰是一种反应物，还是起别的作用呢？ [演示]待上述步骤二的试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，把带

火星的木条伸入试管。观察发生的现象。 现象：木条复燃了 结论：说明二氧化锰（MnO2）仍然起作用使之产生氧气。 [提示]多次重复上述实验，还能观察到同样的现象。 [分析]说明在用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气时，二氧化锰可以重复使用。

既然二氧化锰可以重复使用，说明在反应前后它的化学性质没有改变，那么它的质量有没有改变呢？科学家们经过精确的实验，得出了“二氧化锰在反应前后质量未变”的结论。 [提示]在实验前用精密的天平称量二氧化锰的质量，实验后把二氧化锰洗净、

过氧化氢分解引言过氧化氢（H2O2）是一种无色液体，具有强氧化性。

它可以通过分解反应释放出氧气，常见的反应式为：2 H2O2 → 2 H2O + O2过氧化氢分解反应是一种常见的化学反应，具有广泛的应用领域，包括医药、环境保护、食品加工等。

本文将介绍过氧化氢分解反应的机理、影响反应速率的因素以及反应条件的优化等内容。

过氧化氢分解机理过氧化氢分解反应是一个自发的放热反应，其反应过程可分为两个步骤：起始反应和链反应。

1.起始反应：过氧化氢分子发生自身分解，生成两个羟基自由基（HO·）。

H2O2 → 2 HO·2.链反应：羟基自由基与过氧化氢分子发生反应，生成水分子和氧气。

HO· + H2O2 → H2O + O2整个反应过程可以用以下反应式表示：2 H2O2 → 2 H2O + O2影响反应速率的因素过氧化氢分解反应的速率受到多种因素的影响。

1.反应物浓度：过氧化氢的浓度越高，反应速率越快。

因为过氧化氢分子间的碰撞频率增加，从而增加了起始反应的发生机会。

2.温度：反应速率随温度的升高而加快。

提高温度可以增加反应物的动能，促进分子碰撞和反应发生。

3.催化剂：某些催化剂（如铁离子、酸性物质等）能够加速过氧化氢分解反应。

催化剂通过提供反应所需的活化能，降低了反应的能垒，从而增加了反应速率。

4.光照：光照条件下，过氧化氢分解反应速率增加。

光能可以激发分子内部的电子，提供一定的能量，促进反应的进行。

反应条件的优化为了获得最佳的过氧化氢分解反应速率，可以优化反应条件。

1.温度控制：根据反应速率随温度变化的特点，可以通过控制反应温度来调节反应速率。

选择适当的反应温度可以加快反应速率，但过高的温度可能导致副反应的发生。

2.溶液酸碱性：酸性条件下，过氧化氢分解反应速率较快。

可以通过加入酸性溶液或催化剂来调节溶液的酸碱性，从而促进反应的进行。

3.反应物浓度控制：增加过氧化氢的浓度可以提高反应速率。

催化剂二氧化锰对过氧化氢分解速率的影响
催化剂二氧化锰对过氧化氢分解速率有显著的影响。

二氧化锰可作为催化剂，加速过氧化氢的分解反应。

具体而言，二氧化锰可以提供活性位点，促进过氧化氢分子的吸附和解离，从而降低反应活化能并加速反应速率。

催化剂二氧化锰还能通过氧化还原反应来提供电子，从而参与反应的过程。

在过氧化氢分解反应中，二氧化锰可被还原为单质锰或锰(Ⅲ)离子，而过氧化氢则被氧化为水。

这样的氧化还原反应可以提供额外的能量，促使过氧化氢分子更容易解离为水和氧气。

因此，二氧化锰作为催化剂能够显著增加过氧化氢的分解速率。

此外，催化剂二氧化锰的粒径、纯度和负载方式等也会对过氧化氢分解速率产生影响。

较小的二氧化锰颗粒更有利于催化剂与反应物的接触，提高反应效率。

较高纯度的二氧化锰可减少杂质对反应的干扰。

催化剂的负载方式（如载体、分散度等）能够调节反应物在催化剂表面的吸附和反应过程，进一步影响过氧化氢的分解速率。

综上所述，催化剂二氧化锰对过氧化氢分解速率具有显著的促进作用，可以提高反应速率并降低反应活化能。