过氧化氢分解热的测定

过氧化氢分解热的测定（3学时）

一、目的要求

1．测定过氧化氢稀溶液的分解热，了解测定反应热效应的一般原理和方法；

2．学习简单的作图方法；进一步熟悉温度计、秒表的使用方法。

二、实验原理

过氧化氢浓溶液在温度高于150℃或混入具有催化活性的Fe2+、Cr3+等一些多变价的金属离子时，就会发生爆炸性分解：

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

但在常温和无催化活性杂质存在的情况下，过氧化氢相当稳定，对于过氧化氢稀溶液来说，升温或加催化剂，均不会引起爆炸向分解。本实验以MnO2为催化剂，用保温杯式简易量热剂测定其稀溶液的催化分解热反应效应。

量热器

在一般的测定实验中，溶液的浓度很稀，因此溶液的比热容（C aq）近似等于溶剂的比热容（C solv）并且溶液的质量（m aq）近似的等于溶剂的质量（m solv），量热计的比热容C可由下式表示：

C=C aq·m aq+C p≈C solv·m solv+C p

式中：C p为量热计装置的热容。化学反应产生的热量，使热量计的温度升高。要测量量热计吸收的热量必须先测量热计的热容（C）。在本实验中采用稀过氧化氢水溶液，因此C=C H2O·m H2O+C p

式中C H2O 为水的质量热容，等于4.184Jg-1K-1；m H2O 为水的质量；在室温的附近，水的密度等于1.00kgL-1，因此m H2O =V H2O ，其中V H2O 表示水的体积。而量热计装置的热容可用下述方法测得：往盛有质量为m 的水（温度为T 1）的量热计装置中，迅速加入相同质量的热水（温度为T 2），测得混合后水的温度为T 3，则

热水失热=C H2O ·m H2O （T 2-T 3）

冷水得热=C H2O ·m H2O （T 3-T 1）

量热计装置得热=C p （T 3-T 1）

根据热量平衡得到

C H2O ·m H2O （T 2-T 3）=C H2O ·m H2O （T 3-T 1）+C p （T 3-T 1）

22H O H O 21331

2

-C m T T T Cv T T (+−)=严格地说，简易量热计并非绝热体系．因此、在测量温度变化时会遇到下述问题，即当冷水温度上升时，体系与环境己发生了热量交换，这就使人们不能观测到最大的温度变化．这一误差，可以用外椎作图法予以消除，即根据实验所测得的数据，以温度对时间作图，在所得各点间作一最佳直线AB ，延长BA 与纵轴相交于C ，C 点所表示的温度就是体系上升的最高温度(如右图所示)．如果量热计的隔热性能好，在温度升高到最高点时，数分钟内温度

并不下降，那么可不用外推作图法．

应当指出的是，因过氧化氢分解时有氧气放出，所以本实验的反应热ΔH ，不仅包括体系内能的变化，还应包括体系对环境所作的膨胀功．但因后者所占比例很小，所以在近似测量中，通常可忽略不计。

三、仪器与试剂

1．仪器

温度计2支(0—50℃)，分刻度0.1℃和量程100℃普通温度计)，保温杯，量筒，烧杯，秒表，研钵．

2．药品

MnO2，H2O2(0．3％)．

3．材料

泡沫塑料塞，吸水纸．

四、参考步骤

1．测定量热计装置热容C p

装配好保温杯式简易量热计装置．保温杯盖可用泡沫塑料或软木塞．杯盖上的小孔要稍比温度计直径大一些．为了不使温度计接触杯底，在温度计底端套一橡皮圈．用量筒量取50mL蒸馏水，把它例入干净的保温杯中，盖好塞子，用双手握住保温杯进行摇动(注意尽可能不使液体溅到塞子上)，几分钟后用精密温度计观测温度，若连续3min 温度不变，记下温度T1．

再量取50mL蒸馏水，倒入l00mL烧杯中，把此烧杯置于温度高于室温20℃的热水浴中、放置10-15min后，用精密温度计准确读出热水温度T2(为了节省时间，在其他准备工作之前就把蒸馏水置于热水浴中，用l00℃湿度计测量，热水的温度决不能高于50℃)，迅速将此热水倒入保温杯中，盖好塞子，以上述同样的方法摇动保温杯．在倒热水的同时，按动秒表，每隔10s记录一次温度．记录三次后，隔20s记录一次，直到体系温度不再变化或等速下降为止。记录混合后的最高温度

倒尽保温杯中的水，把保温杯洗净并用吸水纸擦干待用．

2．测定过氧化氢稀溶液的分解热

取l00mL已知准确浓度的过氧化氢溶液，把它倒入保温杯中，盖好盖子，缓缓摇动保温杯，用精密温度计观测温度3min，当溶液温度不变时，记下温度T1’。

迅速加入0．5g研细过的二氧化锰粉末，盖好塞子后，立即摇动保温杯，以使二氧化锰粉末悬浮在过氧化氢溶液中，在加入二氧化锰的同时，按动秒表，每隔10s记录一次温度．当温度升高到最高点时，记下此时的温度T2’，以后每隔20s记录一次温度．在相当一段时间

(例如3min)内若温度保持不变．T 2’即可视为该反应达到的最高温度，否则就需要用外推法求出反应的最高温度。

3．数据记录与处理

用列表的形式记录以上实验的测量数据，并将处理数据得到的量热计装置热容C p ，H 2O 2，分解热和测定误差记入表中

分解热Q ＝C p (T 2’—T 1’)十C H2O ·m H2O (T 2’—T 1’)

由于H 2O 2稀水溶液的密度和比热容近似地与水相等，因此

C H2O ≈C H2O2=C H2O ·m H2O (T 2’—T 1’)

C H2O ·m H2O ≈V H2O

Q=C p ΔT +4.184V H2O(aq)ΔT

过氧化氢分解热的实验值与理论值的相对误差应该再±10%以内。

五、注释

1．过氧化氢溶液（约0.3％）使用前应用KMnO 4或碘量法测定其物质的量浓度（单位：mol L -1）。由于过氧化氢不稳定，因此其溶液浓度的标定应在本实验前不久进行．

2．二氧化锰要尽量研细，并在110℃烘箱中烘1—2h 后，置于干燥器中待用．

3．一般市售保温杯的容积为250mL 左右，故过氧化氢的实际用量可取150mL 为宜．为了减少误差，应尽可能使用较大的保温杯(如400mL 或500mL 的保温杯)，取用较多量的过氧化氢做实验(注意此时MnO 2的用量也相应按比例增加)．

4．无论在量热计热容的测定中，还是在过氧化氢分解热的测定中，保温杯摇动的节奏要始终保持一致．

5．重复分解热实验时，一定要使用干净的保温杯．

六、问题与思考

1．杯盖上的小孔为何要稍比温度计直径大些？这样对实验会产生什么影响?

2．实验中使用，二氧化锰的目的是什么?为何要使二氧化锰粉末悬浮在过氧化氢溶液中？22222()()()()()

4184 1000

/1000p H O aq H O aq H O aq H O aq H O aq Q

C V t H C V C V −(+.)∆⋅∆==