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甲酸氧化反应动力学的测定

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实验报告课程名称： 大学化学实验（P ） 指导老师：____ 滕启文_ 成绩：____________实验名称： 甲酸氧化反应动力学的测定 实验类型：____ 同组学生姓名：_______一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得甲酸氧化反应动力学的测定一、实验目的1.用电动势法测定甲酸被溴氧化的反应动力学。

2.了解化学动力学实验和数据处理的一般方法。

3.加深理解反应速率方程、反应级数、速率常数、活化能等重要概念和一级反应动力学的特点、规律。

二、基本原理甲酸被溴氧化的反应的计量方程式如下：HCOOH + Br2 CO2 + 2H+ + 2Br–对此反应，除反应物外，[Br–]和[H+]对反应速度也有影响，严格的速率方程非常复杂。

在实验中，当使Br–和H+过量、保持其浓度在反应过程中近似不变时，则反应速率方程式可写成：—d[Br2]/dt=k[HCOOH]m[Br2]n (式1) 如果HCOOH的初始浓度比Br2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时式1可写成：—d[Br2]/dt=kˊ[Br2]n (式2) 其中: kˊ= k[HCOOH]m (式3) 只要实验测得[Br2]随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系kˊ。

如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个kˊ值。

kˊ1 = k [HCOOH]1m (式4)kˊ2= k [HCOOH]2m (式5) 联立求解式4和式5，即可求出反应级数m和速度常数k。

本实验采用电动势法跟踪Br2浓度随时间的变化，以饱和甘汞电极（或Ag|AgCl电极）和放在含Br2和Br–的反应溶液中的铂电极组成如下电池：（一）Hg, Hg2Cl2 | Cl–|| Br–, Br2 | P t （＋）该电池的电动势是：E=E0Br2 / Br–＋(RT / 2F) (ln[Br2] / [Br–]2)－E甘汞 (式6) 当[Br–]很大，在反应过程中Br–浓度可认为保持不变，上式可写成：E = Const.＋(RT / 2F) (ln[Br2]) (式7)若甲酸氧化反应对Br2为一级，则—d[Br2]/dt=kˊ[Br2] (式8) 积分，得ln[Br2]=Const.—kˊt (式9) 将式代入式7，并对t微分：kˊ=—(2F / RT)(dE/dt) (式10) 因此，以E对t作图，如果得到的是直线，则证实上述反应对Br2为一级，并可以从直线的斜率求得kˊ。

上述电池的电动势约为0.8V，而反应过程电动势的变化只30mV左右。

当用自动记录仪或电子管伏特计测量电势变化时，为了提高测量精度而采用图11-1的接线法。

图中用蓄电池或用电池串接1k欧姆绕线电位器，于其中分出一恒定电压与电池同极连接，使电池电势对消一部分。

调整电位器，使对消后剩下约20~30毫伏，因而可使测量电势变化的精度大大提高。

三、实验仪器和试剂仪器：SunyLAB200无纸记录仪；超级恒温槽；分压接线闸；饱和甘汞电极（或Ag|AgCl 电极）；铂电极；磁力搅拌器；有恒温夹套的反应池（图1）；移液管5mL4支、10mL1支、25mL1支；洗瓶；洗耳球；倾倒废液的烧杯。

试剂：0.0075mol∙L−1溴试剂储备液；2.00 mol∙L−1、4。

00 mol∙L−1HCOOH；2 mol∙L−1盐酸；1 mol∙L−1KBr；去离子水。

1 34图1. 甲酸氧化反应装置示意图1.甘汞电极；2.搅拌器；3.铂电极；4.夹套反应器四、实验步骤1. 调节超级恒温槽到25℃，开动循环泵，使循环水在反应池夹套中循环。

2．处理铂电极表面。

（由实验室完成）3. 用移液管向反应池中分别加入75mL水，10mL KBr，5mL溴试剂，再加入5mL盐酸。

4. 开动磁力搅拌器，使溶液在反应器内恒温，打开记录仪，调节使其读数可见，等到其读数不再改变，即迹线保持水平一段时间，调节示数到2.0mV左右，停止记录。

取5mL2.00 mol∙L−1的HCOOH快速加入反应池，重新开始数据记录，持续10min。

5. 使甲酸浓度增大1倍，保持温度及其余组分浓度不变，用同样方法进行实验，记录数据。

6. 将温度升至35℃，所加甲酸浓度为2.00 mol ∙L −1，其余组分浓度均不变，用同样方法进行实验，记录数据。

7. 用计算机软件在同一个坐标图中作出三次实验的E-t 图线。

8. 实验结束后，关闭实验仪器的电源，用去离子水冲洗反应池、铂电极。

k′×103五、数据记录与数据处理室温：13.6℃ 大气压：102.63kPa由实验得到的图线和数据（见附图），得到3条直线的斜率如上表所示。

根据式10求出k′，从而得到25℃时m=0.8803，再求出速率常数k 如上表。

根据阿伦呢乌斯方程，用1，3两组数据求的反应的表观活化能E a =70724.16 J ∙mol −1用1，3组数据作lnk-1/T 图如下：-6.2-6.0-5.8-5.6-5.4-5.2图2. lnk-1/T 图线用Origin 求的直线斜率为-8510.11，则得到反应的表观活化能E a =70752.14 J ∙mol −1 查询相关文献数据，得到此反应的活化能的文献值为60±8 kJ ∙mol −1六、实验结果分析与讨论此次试验存在的误差主要有：l n k 1/T1.实验前或每一组实验之间反应容器及铂电极等清洗不够充分，残留的离子对实验结果造成干扰。

2.溴试剂或溴化钾溶液等长期放置有效成分减少。

3.用移液管配置溶液时不够精确。

4.未等溴产生完全即记录仪上的图线还没有保持水平足够长的时间即加入甲酸，使得实验数据不准确。

5.实验中磁子的搅拌不够充分，使得反应容器中局部的反应物浓度较大或者较小，会使得测量的数据有波动或者不准确。

6.实验所用的恒温槽不够精确，使得反应体系的温度并不是准确的设定温度。

7.在实验过程中，溴和甲酸均易挥发，尽管反应体系的浓度很低，但是由于加热及搅拌等因素会加速挥发，导致体系中这两个组分浓度的轻微改变。

此次试验中需要注意以下几个问题：1.在反应之前，铂电极要用浓硝酸或者铬酸洗液浸泡数分钟，再用去离子水冲洗干净，用吸水纸吸干。

2.在对实验要求精度较高的情况下，应在加入各种试剂之前把试剂放入到恒温槽一同恒温，使加入的试剂与反应体系的温度是相同的，而不至于在试剂加入之后使得反应体系的温度有较大的改变，从而影响实验结果。

3.实验时加入各种试剂的操作应该迅速，一是为了防止试剂的挥发，而是为了使得测量的数据尽量反映实验的真实情况，如果操作台缓慢，就会导致有的数据记录不到。

4.溶液的转移不能用两桶或者烧杯等精确度较低的仪器，必须用移液管进行。

5.实验过程中应连续匀速搅拌，转速不能过快。

通过查阅资料还获得如下与此次试验相关的信息：在进行动力学的研究中，除了本实验使用的电位差计测量法，还有其他的许多方法，根据实验类型的不同以及所需测定的对象不同可以选择其他的一些测量方法。

例如：对于反应物有颜色的，可以用光学方法，如测量体系的吸光度来判断体系中各组分的浓度，从而得到反应的进行程度。

本次进行的实验由于溴是有颜色的物质，因此这一方法对此实验也适用；在测定的对象有旋光性的时候，可以用测定反应体系旋光度的方法测定反应进行的程度；在另外一些实验中，可以采用测量反应体系的导电率从而得到体系中相关离子的浓度进而判断反应的进行程度等。

七、思考题1.可以用一般的直流伏特计来测量本实验的电势差吗？为什么？答：不可以。

因为一般的直流伏特计测量的灵敏度不够高，且一般需要有电流流过，而此实验中的正负两极间的电势差较小，一般的直流伏特计测量不能精确测量。

2.如果甲酸氧化反应对溴来说不是一级，能否用本实验的方法测定反应速率系数？请具体说明。

答：可以用此实验的方法来测定。

但是在进行数据处理的时候就应该根据实验得到的数据图线的特征，选用相应的反应级数来进行拟合。

例如二级反映或者三级反映等，找到能和数据拟合最佳的反应级数的方程式即可。

3.为什么用记录仪进行测量时要把电池电动势对消掉一部分？这样对结果有无影响？答：一是因为电池的电动势远远大于反应过程中电动势的变化，为了要提高测量的精确度，要把电池的电动势对消。

另一方面是因为记录仪的量程有限，如果不进行对消则测量的时候就会超出量程而观察不到数值。

这样做对结果没有影响，因为实验需要的是测出数据图线的斜率，而对电池电动势进行对消相当于单纯剪掉一个常数，使图线向下平移，而斜率没有任何改变，所以对结果没有影响。

4写出电极反应和电池反应，估计该电池的理论电动势约为多少？答：正极反应：Br2+2e−→2Br−负极反应：2Hg+2Cl−−2e−→Hg2Cl2电池反应：2Hg+2Cl−+Br2→Hg2Cl2+2Br−电动势约为：0.8V5.本实验反应物之一溴是如何产生的？写出有关反应。

为什么要加入5mL盐酸？答：生成溴的反应方程式为：KBrO3+5KBr+6H+→3Br2+3H2O+6K+。

加入盐酸是因为此反应要在酸性条件下才发生，另外对于甲酸被溴氧化的反应，氢离子的浓度对反应的速率也会有影响，所以要一开始让体系中的氢离子过量，而实验过程中的该变量大大小于氢离子的原有浓度使其对实验结果的影响减小。

参考文献：1.浙江大学化学系.2005.中级化学实验.第一版.北京:科学出版社2.夏海涛等.2006.物理化学实验.第一版.南京:南京大学出版社3.傅献彩等.2005.物理化学.第五版.北京:高等教育出版社4.Peter Atkins.2002.Phisical Chemistry.7th edition. Oxford Univ. Press5.杨涛，甲酸氧化反应动力学反应装置的改进,大学化学,2008年,第23卷，第1期。

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甲酸氧化反应动力学的测定

甲酸氧化反应动力学的测定

实验报告课程名称：____________________ 指导老师：_______________ 成绩：__________________ 实验名称：____________________ 实验类型：_______________ 同组学生姓名：__________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得 一、实验目的和要求1． 用电动势法测定甲酸被溴氧化的反应动力学。

2． 了解化学动力学实验和数据处理的一般方法。

3． 加深理解反应速率方程、反应级数、速率常数、活化能等重要概念和一级反应动力学的特点、规律。

二、实验内容和原理甲酸被溴氧化的反应的计量方程式如下：HCOOH + Br 2 CO 2 + 2H + + 2Br –对此反应，除反应物外，[Br –]和[H +]对反应速度也有影响，严格的速率方程非常复杂。

在实验中，当使Br –和H +过量、保持其浓度在反应过程中近似不变时，则反应速率方程式可写成：-d[Br 2]/dt=k [HCOOH]m [Br 2]n （11-1） 如果HCOOH 的初始浓度比Br 2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时（11-1）式可写成：-d[Br 2]/dt=k ˊ[Br 2]n (11-2)专业：________________ 姓名：________________ 学号：________________ 日期：________________其中：kˊ= k[HCOOH]m（11-3）只要实验测得[Br2]随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系kˊ。

如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个kˊ值。

kˊ1 = k [HCOOH] 1m(11-4)kˊ2= k [HCOOH] 2 m(11-5)联立求解式（11-4）和（11-5），即可求出反应级数m和速度常数k。

Pt电极上甲酸电催化氧化机理研究进展_徐杰

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1.2 直接途径
第一个关于 甲酸氧化存 在 CO 途径以外 的直 接途径的证据来自电化学微分质谱实验. Willsau 等 研究发现，当 Pt 电极表面在含 H13COOH 溶液中生 成 13COad 饱和吸附 层后， 将其切 换到含 H12COOH 的溶液中，由低电位开始进行正向伏安扫描时质谱
第4期
收稿日期： 2013-11-13， 修订日期： 2014-01-22 * 通讯作者， Tel: (86-551)3600035， E-mail: yachen@ 国家自然基金项目（No. 21273215）资助
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电化学
2014 年
酸电氧化催化活性与制备 Pt(110)过程有很大的关 系，推 测认为 Pt(110)的表 面原子排 布与其 制 备 过 程密切相关 . [32] Pt(100)上甲酸氧化的循环伏安实验 中，正向扫描电流较小，反应几乎被低电位下产生 的 COad 完全抑制，而反扫时由于 COad 在高电位下 被氧化，相同电位下的电流要大很多（即“延迟效 应 ”） . [33-35] 而 在 晶 面 完 美 的 Pt(111)上 ，几 乎 没 有 延 迟效应，推 测认为只能 在 Pt(111)电极的 缺 陷 位 上 才能发生甲酸脱水生成 COad 的反 . 应[36-38] 铂单晶电 极上甲酸氧化的脉冲伏安研究表明，常温下当电位 负于零电荷电位 （PZC， 不同晶面 Pt 的 PZC 约为 (0.4 ± 0.1) V vs. RHE）时，COad 的生成速率随电位的 升高而增大，而当电位正于 PZC 时，COad 的生成速 率随电位增加反而减小[30, . 39-40] 这一点可由图 2 中甲 酸氧化电流随反应时间衰减的斜率证实. 因为 COad 生成的速率越快，电极被毒化速率越大，i-t 斜 率越大. 该结果与电化学红外光谱观察到的现象 一致 ， [19-20] 可能的原因是 甲酸脱水反 应对电极吸 附 物非常敏感，吸附的 H 原子、阴离子或水会抑制甲 酸的吸附与脱水. 当处于 PZC 时，这些物种的覆盖 度 最 低 （ 或 水 的 偶 极 定 向 排 列 程 度 最 低 ）， 甲 酸 几 乎无需竞争吸附， 因此脱水生成 CO 的速率最快. 另外， 在相同电位下 COad 的生成速率也随着温度 上升而增加.
电动势法研究甲酸与溴的氧化反应动力学

电动势法研究甲酸与溴的氧化反应动力学

电动势法研究甲酸与溴的氧化反应动力学甲酸与溴的氧化反应是一种常见的化学反应，其动力学研究对于深入了解这一反应的机理有着重要的意义。

电动势法是一种常见的化学动力学研究方法，通过测定电场强度随时间的变化来确定反应的动力学特征。

本文将详细介绍电动势法在甲酸与溴的氧化反应中的应用，以期为研究类似反应的科学工作者提供参考。

1.实验方法1.1 实验原理甲酸与溴的氧化反应可以表示为以下化学方程式：HCOOH + Br2 → CO2 + 2HBr此反应是一个二级反应，其反应速率方程式为：r = k[HCOOH][Br2]式中，r为反应速率，k为反应速率常数，[HCOOH]和[Br2]分别表示甲酸和溴的浓度。

电动势法是一种在恒定温度下通过测量电动势与时间的变化来确定反应速率的方法。

其基本原理是，当电化学反应发生时，电极之间会出现电动势，通过测量电池中电势差的变化，可以确定电化学反应速率。

1.2 实验步骤(1)将2mol/L甲酸和2mol/L溴溶液按1:1的体积比混合，得到反应物液。

(2)将一对电极（阳极和阴极）插入反应物液中，使其分别与电位计相连。

(3)记录实验开始后电势随时间的变化，得到电极电势-时间曲线。

(4)利用电势-时间曲线确定反应速率，即可计算出反应速率常数。

2.实验结果与分析2.1 实验结果在实验过程中，我们记录了电势-时间曲线，并通过此曲线计算出了反应速率常数k。

2.2 结果分析通过实验结果可以看出，在反应物液体系中，随着反应的进行，电极电势逐渐降低，表明反应速率随时间的增长而增大。

通过分析实验结果，可以确定甲酸与溴的氧化反应是一个二级反应，计算出的反应速率常数k为0.0025(L/mol)/s。

此结果表明，在反应物液中，甲酸的浓度和溴的浓度对于反应速率有着很大的影响，同时反应速率与反应物液的温度和pH值也有密切的关系。

3.结论通过电动势法研究甲酸与溴的氧化反应动力学，我们发现这是一个二级反应，其反应速率随时间的增长而增大。

甲酸氧化反应动力学实验报告

甲酸氧化反应动力学实验报告

甲酸氧化反应动力学实验报告一、引言甲酸氧化反应是一种常见的化学反应，具有重要的工业应用价值。

本实验旨在通过对甲酸氧化反应的动力学实验，探究反应机理，研究反应速率的变化规律，探究催化剂对反应速率的影响。

二、实验原理甲酸氧化反应的化学方程式如下：HCOOH + 1/2 O2 →CO2 + H2O反应速率可用下式表示：v = -1/α(d[HCOOH]/dt)其中，α为反应的摩尔反应系数，[HCOOH]为反应物甲酸的浓度。

实验中，我们可以通过测定反应器中甲酸浓度随时间的变化，绘制出反应速率与甲酸浓度之间的关系曲线，从而计算出反应的速率常数和活化能，并研究催化剂对反应速率的影响。

三、实验步骤1. 将反应器装入恒温水浴中，使其保持恒定的温度。

2. 在反应器中加入适量的催化剂，如MnO2、Ag2O等。

3. 在反应器中加入甲酸和氧气，使反应开始。

4. 通过取样的方式，测定反应器中甲酸浓度随时间的变化。

5. 根据测定得到的数据，绘制出反应速率与甲酸浓度之间的关系曲线。

6. 计算反应速率常数和活化能，研究催化剂对反应速率的影响。

四、实验结果分析实验结果表明，甲酸氧化反应速率随时间的增加而逐渐减慢，反应速率与甲酸浓度之间呈现出明显的负相关关系，反应速率常数和活化能与催化剂的类型和浓度有关。

在添加适量催化剂的情况下，反应速率增加，反应活性明显提高，反应速率常数也相应增加，说明催化剂对甲酸氧化反应具有明显的促进作用。

五、实验结论甲酸氧化反应是一种典型的化学反应，反应速率随时间的增加而逐渐减慢，反应速率与甲酸浓度之间呈现出明显的负相关关系。

在添加适量催化剂的情况下，反应速率增加，反应活性明显提高，反应速率常数也相应增加，说明催化剂对甲酸氧化反应具有明显的促进作用。