过氧化氢分解速率常数的测定

第 1 页 共 5 页 实验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数

一、实验目的

1. 学习使用量气法研究过氧化氢的分解反应

2. 了解一级反应的特点，掌握用图解计算法求反应速率常数。

二、实验原理

H2O2在室温下，没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，但加入催化剂（如Pt、Ag、MnO2、碘化物）时能促使其较快分解，分解反应按下式进行：

H2O2H2O+12O2→ (C2-1)

在催化剂KI作用下，H2O2分解反应的机理为：

H2O2H2O++KIKIO（慢）→ (C2-2)

KIOKI+12O2（快）→ (C2-3)

整个分解反应的速度由慢反应(C2-2)决定：

222222OHKIOHOHcckdtdc (C2-4)

式中c表示各物质的浓度(mol·L-1)，t为反应时间(s)，22OHk为反应速率常数，它的大小仅决定于温度。

在反应中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令KIOH122ckk，则

2222OH1OHckdtdc (C2-5)

式中k1为表观反应速率常数。此式表明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。将上式积分得：

01lnlnctkct (C2-5)

式中c0、ct分别为反应物过氧化氢在起始时刻和t时刻的浓度。反应半衰期为：

112/1693.02lnkkt (C2-6)

由反应方程式可知，在常温下，H2O2分解的反应速度与氧气析出的速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。令V∞表示H2O2全部分解所放出的O2体积，Vt表示H2O2在t时刻放出的O2体积，则)(ttVVc。将该关系式带入(C2-5)，得到

过氧化氢分解反应速率常数的测定

表1、0.1molKI时过氧化氢的分解速率

0.1molKI时过氧化氢的分解速率

表2、0.2molKI时过氧化氢的分解速率

V/ml 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

t/min 1.23 2.52 3.80 5.22 6.73 8.43 10.35 12.57

ln（V∞-Vt） 3.97 3.87 3.76 3.63 3.49 3.33 3.13 2.88

图3、0.2molKI时过氧化氢的分解速率

V/ml 5.00 10.00 15.00 20.00 25.00 30.00 35.00 40.00

t/min 2.20 4.67 7.18 9.97 13.10 16.37 20.22 24.72

ln（V∞-Vt） 3.97 3.87 3.76 3.63 3.49 3.33 3.13 2.88

七、比较过氧化氢在不同条件下的分解

（一）、实验目的：

1．进行比较过氧化氢在不同条件下分解的实验。

2．说出过氧化氢在不同条件下分解的快慢，了解过氧化氢酶的作用和意义。

（二）、实验原理

化学反应活化能在一个化学反应体系中，任何一个分子要发生化学反应，都必须先被活化，即增加能量。分子从常态跃迁到容易发生化学反应的活跃状态所需要的能量，称为化学反应的活化能。

酶在化学反应中的作用本质酶是一种有机催化剂，与无机催化剂相比较，其主要作用是高效性，即在常温常压下能显著地降低化学反应所需要的活化能，从而促进化学反应高效地进行。

新鲜的肝脏中含有较多的过氧化氢酶，过氧化氢酶可以催化过氧化氢分解为水和氧气。过氧化氢酶在不同的温度下催化效率不同。FeCl3溶液中的Fe3+也对过氧化氢具有催化作用，但催化效率要低很多。

（三）、实验设计

1、实验材料：

新鲜的质量分数为20%的肝脏（猪肝或鸡肝）研磨液、新配置的体积分数为3%的过氧化氢溶液、质量分数为3.5%的FeCl3溶液。

量筒、试管、滴管、试管架、卫生香、火柴、酒精灯、试管夹、大烧杯、三脚架、石棉网、温度计。

2、步骤：

编号 处理情况 图示 组别 现象

1 常温 对照组 过氧化氢的分解速率十分缓慢（难以观察到气泡的产生）

2 高温（90 ℃）水浴 实验组 过氧化氢分解速率加快，有大量小气泡产生

3 常温，加入FeCl3溶液

实验组 与2号试管相比，有更多的气泡产生 4 常温，加入过氧化氢酶溶液 实验组 3号试管相比，气泡大并且产生的速率快

（1）取4支洁净的试管，分别编上序号1、2、3、4，向各试管内分别加入2 mL过氧化氢溶液，按序号依次放置在试管架上。

（2）将2号试管放在90 ℃左右的水浴中加热，观察气泡冒出的情况，并与1号试管作比较。

（3）向3号试管内滴入2滴FeCl3溶液，向4号试管内滴入2滴肝脏研磨液，仔细观察哪支试管产生的气泡多。

第 次课 4 学时

本次课题（或教材章节题目）

：

实验14

过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

教学要求：

理解过氧化氢催化分解反应速率常数测定的基本原理，掌握磁力搅拌器和皂沫流

量计的操作方法，能根据拉格朗日中值定理，使用不测V∞求取速率常数。

重 点：

掌握测定过氧化氢催化分解反应速率常数；

掌握通过测量反应系统的体积跟踪反应系统浓度从而研究反应速率的方法。

难 点：产生高质量肥皂泡的方法；实验数据处理方法的掌握

教学手段及教具： 演示讲授，实际操作。

讲授内容及时间分配：

演示讲授实验原理、实验步骤及注意事项、数据处理 0.5h

学生实验操作 3.5h

课后作业 对实验数据进行处理，完成实验报告各项内容。

参考资料 1河北科技大学物理化学教研室编，物理化学实验，北京理工大学

出版社，2005

2复旦大学等，物理化学实验，高等教育出版社，1993

3 郭子成等，用数据处理新模型测定H2O2分解的活化能，化学通报，

2006，9，715

4郭子成等，简单一级反应数据处理的一个新模型，化学通报，2000，

4，47

实验14 过氧化氢催化分解反应速率常数的测定

一、实验目的

1. 测定过氧化氢催化分解反应速率常数；

2. 掌握通过测量反应系统的体积跟踪反应系统浓度从而研究反应速率的方法。

二、实验原理

过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行的很慢。加入催化剂能够提高分解速

率。过氧化氢分解反应的化学计量式如下：

H2O2(l) = H2O(l) + 1/2O2(g)

若以KI为催化剂，在KI作用下催化分解步骤为：

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，第一步为反应的控制步骤。因而可以假定其

反应的速率方程式为：

-dcA/dt =k’cKIcA

式中，cA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