过氧化氢的分解

实验 过氧化氢的分解

一、 实验目的

1．测定H 2O 2分解反应的速率系数和半衰期。

2．熟悉一级反应的特点，了解温度和催化剂等因素对一级反应的影响。

3．学会用图解法求一级反应的速率系数。

二、 实验原理

过氧化氢是很不稳定的化合物，在没有催化剂作用时也能分解，但分解速度很慢。但加入催化剂时能促使H 2O 2较快分解，分解反应按下式进行：

H 2O 2→H 2O+2

1O 2 (1) 在催化剂KI 作用下，H 2O 2分解反应的机理为：

H 2O 2+KI →KIO+ H 2O （慢） (2)

KIO →KI+2

1O 2 （快） (3) KI 与H 2O 2生成了中间产物KIO ，改变了反应的机理，使反应的活化能降低，反应加快。反应（2）较（3）慢得多，成为H 2O 2分解的控制步骤。

H 2O 2分解反应速率表示为： r =dt

dc )O H (22 反应速率方程为：

dt

dc )O H (22=k ’c(H 2O 2)c(KI) (4) KI 在反应中不断再生，其浓度近似不变，这样（4）式可简化为： dt

dc )O H (22=kc(H 2O 2) (5) 其中，k=k ’c (KI)，k 与催化剂浓度成正比。

由（5）式看出H 2O 2催化分解为一级反应，积分（5）式得：ln

0c c = - kt （6） 式中：c 0——H 2O 2的初始浓度；c ——t 时刻H 2O 2的浓度。

一级反应半衰期t 21为： t 21=

k 2ln =k

693.0 (7)

可见一级反应的半衰期与起始浓度无关，与反应速率系数成反比。本实验通过测定H 2O 2分解时放出O 2的体积来求反应速率系数k 。从H 2O 2=== H 2O+2

1O 2中可看出在一定温度、一定压力下反应所产生O 2的体积V 与消耗掉的H 2O 2浓度成正比，完全分解时放出O 2的体积V ∞与H 2O 2溶液初始浓度c 0成正比，其比例常数为定值，则c 0∝V ∞、c 0∝(V ∞-V)

代入（6）式得： ln ∞

∞V V -V = - kt 改写成直线方程式： ln []V V -V ∞= - kt + ln []

V V ∞ (8) 以ln(V ∞-V)/[V]对t 作图，得一直线，从斜率即可求出反应速率系数k 。

三、 仪器和药品

仪器：磁力恒温搅拌器、温度测量控制仪

药品：0.1mol/L KI 溶液, 1.294mol/L H 2O 2溶液

四、 实验步骤

1．1.4mol ·L -1H 2O 2溶液的配置和标定。量取14ml30%H 2O 2溶液与烧杯中，加蒸馏水86ml ，混

合均匀，装入塑料瓶中。其浓度大约为1.4 mol ·L

-1 移取上述溶液10ml 于100ml 容量瓶中，加水冲稀至刻度，混匀。再移取此溶液10ml 于锥形瓶中，用量筒加入10ml3mol ·L-1H 2SO 4溶液，用0.02mol ·L-1KMnO 4标准溶液滴定至淡红色为止，其滴定反应式如下：

-+2+224225H O 2MnO +6H =====2Mn +5O +8H O +↑

已知KMnO 4溶液的浓度和滴定时所消耗KMnO 4溶液的体积，可以计算出H 2O 2的浓度（重复滴定两次）

2． 将洗净烘干的锥形瓶按图20—1装好，检查是否漏气。

3． 水浴槽内放入自来水，调至室温，并维持恒定。

4． 取下锥形瓶，打开活塞8，将量气管水位调至0刻度处。移取5ml KI 溶液和5ml 蒸馏水

于锥形瓶中，另外移取10ml H 2O 2溶液与小塑料瓶中，用镊子将小塑料瓶轻轻立于锥形瓶中，塞紧塞子，移入水浴槽中。

5． 关闭活塞8，打开弹簧夹11，将量器管中的水放出5ml 。

6． 开动电磁搅拌器，将锥形瓶中的塑料瓶摇倒，同时开动秒表记时。观察压力计，待压力

计两边液面相平时，记下生成5ml 氧气的时间。然后将量气管中的水再放出5ml ，待压力计液面相平时，再记下时间。依次类推，直至放出50ml 水为止。

7． 取下锥形瓶，打开活塞8，再将量气管水位调至0刻度处，移取10ml KI 溶液与另一干

净锥形瓶中，移取10ml H 2O 2溶液与小塑料瓶中，重复上述操作。

8． 将水浴温度分别升高3℃和6℃，并维持恒定。试剂用量同第一次实验，重复上述操作。

9． 用702P 计算器进行数据处理。

五、 关键操作及注意事项

1． 水浴槽温度应保持恒定，反应瓶移入水浴槽中需恒温10分钟后才能开始实验。

2． 搅拌速度要平稳适中，每次实验的搅拌速度尽量一致。

六、 数据处理

1． V ∞的计算

由22H O 分解反应方程式可知

0220c V(H O )RT V 2p p ∞=•-22221H O H O+O 2

→ 每分解出1molO2 需要2mol 22H O ，令22H O 的初始浓度为c0,实验用溶液的体积为V （22H O ），则V ∞可以用下式求出：0220c V(H O )RT V 2p p ∞=

•- 式中：p ——大气压

0p ——室温下的水饱和蒸气压。

2． 根据实验数据（V ，t ）以ln （V ∞-V/[V]）对t 作图，有直线斜率求出反应速率系数k 1，

k 2，k 3，k 4。并求出相应的半衰期。

3． 以lnk —1/T 作图，求其活化能。

七、 思考与讨论

1． 根据实验讨论反应速率系数与哪些因素有关？

2． 测定H 2O 2分解的反应速率系数由何意义？