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甲酸氧化反应动力学的测定

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装订线
实验报告
课程名称：指导老师：成绩：__________________
实验名称：甲酸氧化反应动力学的测定实验类型：学生实验同组学生姓名：__________ 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
宏观化学动力学将反应速率与宏观变量浓度、温度等联系起来，建立反应速率方程，方程包含速率常数、反应级数、活化能和指前因子等特征参数，动力学实验主要就是测定这些特征参数。

本实验讨论甲酸氧化反应的动力学问题，一定条件下它是简单的一级反应。

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（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（1）式可写成：
-d[Br2]/dt=kˊ[Br2]n(2)
其中：kˊ= k[HCOOH]m（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(4)
kˊ2= k [HCOOH] 2 m(5)
联立求解式（4）和（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（或银—氯化银电极）和放在含Br2
装订线和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=E0Br
2
/ Br–
＋(RT / 2F) (ln[Br2] / [Br–]2) －E甘汞（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]) (7)
若甲酸氧化反应对Br2为一级，则-d[Br2]/dt=kˊ[Br2] (8)
积分，得：ln[Br2]=Const.—kˊt(9)
将（9）式代入（7）式t
2F)k'
/
RT
(
.
Const
E-
=，并对t微分：kˊ= －(2F / RT)（d E/d t）(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、主要仪器设备
仪器：SunyLAB2000无纸记录仪；超级恒温槽；饱和甘汞电极；铂电极；电动搅拌机；带有恒温夹套的反应池；移液管5ml 4支；50ml、25ml、10ml各一支；洗瓶1只；洗耳球；倾倒废液的烧杯。

试剂：0.0075mol/L KBr+KBrO3溶液；2.00mol/L 4.00mol/L HCOOH 溶液；2mol/L HCl溶液；1mol/L KBr 溶液；去离子水
四、操作方法和实验步骤
1.开启恒温槽，调至30℃恒温，并开启循环按钮，使恒温水在反应池夹套中循环。

2.配溶液：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。

3.装好电极和搅拌棒，并检查好测量线路，开动搅拌器，使溶液在反应池内恒温，打开记录仪，当电势
曲线不随时间变化时，取5ml 2 mol•L-1甲酸溶液注入反应池，开始记录。

记录仪上应绘出一条E—t 曲线。

打印此曲线。

4.换4 mol•L-1甲酸溶液，保持温度及其余组分浓度不变，重复上述步骤再测定一条E—t曲线，打印。

5.甲酸浓度为2 mol•L-1，再测出40℃的E—t曲线，打印。

6.实验结束后，反应池用去离子水冲洗，铂电极洗后放回原处。

关闭分压器线路及其它电源。

七、讨论、心得
1．可以用一般的直流伏特计来测量本试验的电势差吗 ？为什么？
答：不可以，因为本反应中的电势差（电动势的变化）仅为0—30mV ，很小，一般直流伏特计的精度不够，若使用，在测量时会引入很大的误差。

在反应中由于电池电动势(0.8V)远大于反应中电动势的变化,因而为了提高精度在测量中采用了对消法。

所谓对消法即是通过将一直流电池以下图所示的方法与反应池相连，抵消掉一部分反应电池电动势，使其被控制在与电动势变化范围基本相同的20-30mV 左右，这样就提高了测量的精度。

2． 如果甲酸氧化反应对溴来说不是一级，能否用本试验的方法测定反应速率系数？
答：仍然可以，但此时ln[Br 2] 与t 就不是一次函数的关系。

根据n 22]Br ['k dt ]Br [d =-
（n ≥2时），可得C t 'k ]Br [n 12+=-（C 为常数），则n 1C)t 'ln(k ]Br [ln 2-+=，代入电动势方程得n
1C)t 'ln(k 2F RT 'C E -+⋅+=，因此，所得的E-t 图线为一对数曲线，经取点并用计算机拟合可得到此对数曲线的具体方程，从而得到n 、ｋ＇的值。

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？这样做对结果有无影响？
答： 由于电池电动势约为0.8V ，而反应的电动势变化仅为30mV 左右，即E E <<∆，此时测量，由于信号基值较大，而变化信号的不明显，有较大的误差。

因此对消掉一部分的电动势使得基值信号降低到与变化值同一数量级范围内，可大大提高精确度。

这样做并不会对结果有影响。

根据测量公式t 2F)k'/RT (.Const E -=，对消只是将E 后减去一个常数，即t 2F)k'/RT ('Const .Const 'Const E --=- 新的测量电动势t (RT/2F)k''Const't 2F)k'/RT ('Const .Const 'Const E E'－=--=-=，仅常数值变化，不会对k ’产生任何影响。

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：电池为（一）Hg, Hg 2Cl 2 | Cl – || Br –
, Br 2 | P t （＋）
阳极反应：12
21222--+→+e Cl Hg Cl Hg 阴极反应：--→+Br e Br 2212
电池反应：--+→++Br Cl Hg Cl Hg Br 2222
22 V V V E E E 855.02410.0065.1=-=-=-+θθ 该电池的理论电动势约为0.855V 。

5．本实验的反应物之一溴是如何产生的？写出有关反应。

为什么要加5ml 盐酸？ 答：通过加入的溴试剂储备液中KBr 与KBrO 3反应得到，反应方程为： O H Br H BrO Br 2233365+→+++--
加入5mL 盐酸是为了提供H+，催化此反应的进行。

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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

Pt电极上甲酸电催化氧化机理研究进展_徐杰

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。