一级反应—过氧化氢分解

一级反应—过氧化氢分解

一、实验目的

1、熟悉一级反应的特点。

2、掌握静态量气法测定分解反应动力学参数的实验原理和方法。

3、测定过氧化氢水溶液在碘化钾催化剂的作用下分解反应的速率常数。

二、实验原理

实验证明22O H 的分解反应为一级反应。许多催化剂如光的作用、

Pt Ag FeCl MnO KI 、、、、32等都能大大加快此反应的反应速率。

22O H 分解反应的化学方程式为：

22222

1

O O H O H +→

本实验用KI 作为催化剂，按下列步骤进行反应：

（快）

（慢）2

2222

12

1

O KI KIO O

H KIO KI O H k k +−→−+−→−+

其中第一步基元反应为控速步骤。因此，反应的速率方程可以表达为：

]][[]

[221221KI O H k dt

O H d r r =-

== 由于反应过程中KI 不断再生，其浓度][KI 保持不变，上式可以简化为：

][]

[22.22O H k dt

O H d obs =-

式中.obs k 称为表观速率常数。将上式积分得：

t k O H O H obs .0

2222][]

[ln

-= （1）

式中022][O H 为22O H 的初始浓度，][22O H 为反应时刻t 时的22O H 浓度。

在22O H 催化分解过程中，t 时刻22O H 的浓度][22O H 可以通过测定在相应时间内释放出的氧气体积得出。因分解过程中，放出氧气的体积与分解了的22O H 浓度成正比，其比例常数为定值。

令∞V 表示22O H 全部分解释放出的氧气体积，

t V 表示22O H 在t 时刻分解释放出的氧气体积，则∞∝V O H 022][，()t V V O H -∝∞][22，将该关系代入（1）式中得到：

t k V V V O H O H obs t .02222ln ][]

[ln

-=-=∞

∞ （14-1）

或

∞∞+-=-V t k V V obs t ln )ln(. （14-2）

如果以t V V t ~)ln(-∞作图得一直线，即可验证是一级反应，由直线的斜率可以求出.obs k 。

本实验∞V 的测定采用4KMnO 滴定法，测试方法可参考附录一。本实验量气的平衡介质为蒸馏水。水在不同温度下的饱和蒸汽压见附录二。化学元素原子量表见附录三。本实验中所有的气体均按理想气体模型处理。

图14.1 测定装置

三、仪器与药品

恒温磁力搅拌器一台（配控温元件和搅拌子），结晶皿1只（恒温水槽），ml 5移液管（刻度）、ml 10移液管各2支，ml 25、ml 50移液管各1支，ml 100量筒1个，ml 250锥形瓶3个，ml 50酸式滴定管1支，ml 100、ml 250容量瓶各1只，ml 250量气管1支，水准瓶1只，秒表一块，1/10刻度水银温度计一支，放大镜一付，乒乓球一只，镊子一把，洗耳球一只，洗瓶一只，铁架台3付，铁夹4付，铁圈1付，蝴蝶夹一付，乳胶管2根，烧杯滴管回形针若干。

4%22O H 水溶液，KI dm mol 32.0~1.0-⋅水溶液，43

02.0KMnO dm mol -⋅标准液，

4233SO H dm mol -⋅水溶液，10%4MnSO 水溶液（置滴瓶内，公用）。

四、实验步骤

实验装置如图所示（14.1）。

1、 按照装置图连接各部分。自水准瓶装入适量的蒸馏水。将三通活塞旋转至A 状态，水准瓶降至最低位置，检查系统的气密性。

2、 在恒温槽中放入适量水和一只回形针（搅拌水浴用）。调节恒温水浴的温度高于室温

C ︒5~3并恒定之。

3、 在洁净干燥的分解瓶中注入O mlH 2150和KI dm mol ml 32.0~1.010-⋅水溶液，放入搅拌子。

4、 小心地将半个乒乓球放入分解瓶中并漂浮在此液面上，在球中注入ml 1022%4O H 水溶液，注意避免22O H 与KI 提前混合。

5、 分解瓶置于恒温水浴中。塞紧橡皮塞，再次检查系统的气密性。三通活塞旋转至B 状态，使系统通大气，调节水准瓶位置，记录量气管的起始液面刻度0V 。

6、 旋转三通活塞至A 状态，开启磁力搅拌，使半乒乓球中的22O H 与KI 混合，立即开始计时。在反应过程中，不断移动水准瓶，使水位与量气管中的液面齐平，记录反应时间t 和反应体积V 的数值，直至释放出的气体体积超过理论值的70%或反应时间超过60分钟。

7、 参考附录一的方法，自行设计实验方案，测定所用的4%22O H 水溶液中的22O H 初始

浓度。要求测定两次，结果取平均值。

8、 记录室温、大气压、恒温温度等常规实验数据。清理实验仪器和实验台面。

五、数据记录与处理

1、22O H 分解实验数据记录

室温：测量前=0T ，测量后=T ，平均室温=T 实验温度：测量前='0T ，测量后='T ，平均温度='T 大气压强：测量前=0p ，测量后=p ，

平均大气压强=p

KI 溶液原始浓度30-⋅=

dm mol C KI 的反应液浓度3-⋅=

dm mol C

22O H 溶液原始浓度3'

0-⋅=

dm mol C 22O H 的反应液浓度3'-⋅=

dm mol C

量气管初始读数 ml V /0：

实验过程简要记录：

2、∞V 的计算