文档介绍：实验八
过氧化氢的催化分解
一、目的与要求
1、测定过氧化氢催化分解反应的表观反应速率与半衰期。
2、熟悉一级反应的特点,了解反应物浓度、温度以及催化剂等因素对一级反应速率的影响。
3、掌握动力学数据的图解处理方法。
二、基本原理
过氧化氢在没有催化剂存在时,分解反应进行得很慢,加入催化剂可使分解反应速率明显加快。过氧化氢的分解反应为:
H2O2 -→ H2O + O2 ⑴
详细的催化动力学研究发现:H2O2在KI作用下的催化分解,按下列步骤进行
KI + H2O2 -→ KIO + H2O 慢步骤⑵
KIO -→ KI + O2 ⑶
总的反应速率由最慢的步骤(即控速步骤)决定,故速率方程为:
⑷
由于在反应过程中,KI在步骤⑵中的消耗等于在步骤⑶中的生成,即其浓度CKI保持不变,为一常数值(KI的初浓度),所以可将CKI并入到速率常数k中去,有
⑸
上式中,k’为在KI催化作用下过氧化氢分解反应的表观反应速率常数。显然从⑸可以看出H2O2的KI催化分解反应为准一级反应。积分上式
得
⑹
式中:Ct——t时刻H2O2的浓度
C0——H2O2的初始浓度
因分解过程中,放出的氧气体积(定温定压下)与已分解的H2O2的浓度成正比,且比例常数为定值。所以可以用易于从实验测定的氧气体积来表示相应时刻的H2O2浓度。若以V∞表示H2O2全部分解所放出的氧气体积,Vt表示H2O2在t时刻分解所放出氧气的体积,则有:
C0∝V∞ Ct∝(V∞-Vt)
则令 Ct=α(V∞-Vt) ⑺
当t=0时,有 C0= α(V∞-V0)= αV∞⑻
式中比例常数为定值。将⑺、⑻两式代入⑹式,可得
⑼
若将氧气按理想气体近似处理(本实验条件下是允许的),则
V∞可由H2O2的初浓度及体积换算得。按理想气体状态方程pV=nRT
有
式中:——氧气的摩尔数
P——室内大气压。
又根据 H2O2 -→ H2O + O2
有⑽
H2O2的摩尔数可利用KMNO4标准溶液滴定得到。在强酸性介质中,KMNO4滴定H2O2的反应为
5H2O2 + 2MnO4- + 6H+ -→2Mn2+ + 5O2 + 8H2O
则
所以⑾
三、仪器与试剂
1、过氧化氢分解装置一套(包括250ml锥形反应瓶、水位瓶、50ml分液漏斗、电磁搅拌器一件、50ml滴定管两只),停表一块。
2、10ml、5ml量筒各一只,50ml自动滴定管4套。
3、 2%H2O2溶液,-3 KI溶液,3mol/dm-3H2SO4溶液, mol/dm-3 KMNO4溶液。
四、实验内容及操作
1、标定H2O2水溶液的初浓度
用自动滴定管量取5ml H2O2溶液于250ml锥形瓶中,用量筒加5ml(3mol/dm-3)H2SO4溶液, mol/dm-3 KMNO4溶液标准溶液滴定至淡红色出现为止,进行平行滴定。
2、分别量取15mlKI、20ml蒸馏水于250ml锥形反应瓶中,量取10ml H2O2溶液于50ml分液漏斗中。检查反应器是否漏气。
3、调节三通活塞使之处于三通状态。利用水位瓶调节量气管中液面的高度,使其恰在零刻度线后,关闭水位瓶活塞。在电磁搅拌下,将50ml分液漏斗中的H