1、实验35 过氧化氢的催化分解 一 实验目的 1.测定H 2O2催化分解反应的速率常数和半衰期。 2.熟悉一级反应的特点，了解温度、催化剂等因素对一级反应速率的影响。 3.学会用图解计算法或计算机方法求出一级反应的速率常数，计算活化能E a。 二 预习要求 1.掌握一级反应的方程及半衰期的计算。 2熟练利用速率方程求速率常数。 三 实验原理 过氧化氢是一种很不稳定的化合物，在没有催化剂作用时也能缓慢分解。当有催化剂存在时则能加速其反应。过氧化氢分解的化学计量式为： 2222O21OHOH +（111） 该反应有催化剂（如KI）存在时，可以使其分解速率加快。H 2O2在KI作用下催化分解按下列步骤
2、进行： OHKIOKIOH222+（112） KIO21KIO2+(11) 由上式可看出，KI与H 2O2生成中间化合物，改变了反应途径，降低了反应活化能而使反应速率加快。据认为，反应（113）的速率远较反应（112）的速率快，故反应（112）成为整个反应的控制步骤。因此，总反应速率等于（112）的速率，即 2222OHKIOH cckdtdc=（114） 由于 KI 浓度不变，故 k 与 合并仍为常数， ，故方程式（114）可简化为 KIck2222OHOHkcdtdc=（115） 由（115）看出，反应速率与反应物浓度的一次方成正比。故H 2O2知在KI作用下的催化分解反应是一级反应，且反
3、应速率常数 k将随KI的浓度变化而改变。 将式（115）积分，得 ktcct=0ln(116) 式中： c0H 2O2的初始浓度； ct t时刻H 2O2的浓度。 如以ln ct对 t作图得一直线，即可确定H 2O2催化分解反应为一级反应。并由直线斜率便可求出反应速率常数 k。 怎样求得反应过程中H 2O2的浓度 ct呢？本实验采用物理法进行测定。从化学计量式（111）看出，1 mol H 2O2分解可得 0.5 mol O 2。故可通过测量某一时刻 t放出的氧气体积即可得到相应时刻的H 2O2浓度 ct。其关系如下： 令V表示H 2O2全部分解放出O 2的体积；V t表示H 2O2在 t时刻
4、分解放出的O 2的体积。 则 c0V或 c0 f V ctV V t或 ct f(V V t) 将以上关系式代入式（116） ，经整理便得下式： ln(V V t) ktln V 以ln(V V t)对 t作图得一直线，则可验证H 2O2的催化分解反应为一级。由直线斜率可求得反应速率常数 k，进而求得反应的半衰期 t1/2： 1/2ln 2tk= V 的确定： （1） V 可由H2O2溶液的起始浓度及体积求出。H 2O2溶液的在酸性介质中进行滴定求得，其化学计量式如下： 起始浓度是用高锰酸钾标准溶液5H2O2+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2 由滴定所用K
5、MnO 4标准溶液的体积和浓度便可算出H 2O2的准2 2 2 2确浓度，由H 2O2的分解反应可知，1 mol H 2O2可分解出 1/2 mol O ，于是可求出H O 完全分解时O 的体积 V。 （2）将反应瓶在水浴中加热至 5060，并保持 15 mi/t 图，外四 仪器和药品 1.仪器 图 111 所示；超级恒温槽； 图 35-1 过氧化氢分解实验装置示意图 150m五 实验步骤 1.接通恒温水浴，调节恒温水温度为 25（恒温槽的调节与使用参见实验四十五） n，再冷却至室温，读取量气管体积即为 V。 （3）由实测不同 t 时刻氧气的体积 V t，作 V t 1推至1/ t0 即为 V
6、。 实验装置见l锥形瓶子1 个；5ml、10ml称液管各1 支； 1-带夹套的反应瓶； 2-塑料瓶器； 3-电磁搅20ml量筒1个；秒表 1块；0.1molL-1KI溶液； 拌器； 4-搅拌子；5-二通旋塞；6-水准瓶； 2H 2O2溶液； 7-量气管 2.药品 3molkg-1H2SO4溶液；0.1 molL-1KMnO4标准溶液。 2用量筒量取20 ml蒸馏水，用移液管量取10 ml 0.1moldm-3 KI溶液，置于反应瓶中；满量气管，之后旋转三通到b位并把水准瓶2O2液与KI液相混，及时按下秒表计时，并均匀地摇动反应瓶，开动搅n 读取量气管读数一次，共读次，然后每隔min 读一次，直
7、至 42 min。 4用移液管量取 2H 2O2溶液 5 ml，小心注入反应瓶中的塑料瓶盖（或乒乓球半球）中，注意勿使H 2O2与KI溶液相混，盖紧反应瓶上的瓶塞。 旋转三通活塞于a位，高举水准瓶，让液体充放低。如量气管内液面在min内保持不变，即表示系统不漏气，否则应找出原因，排除后再试漏。读取量气管初始体积 0（读数时，一定要使水准瓶内液面和量气管内液面保持同一水平）。 倾斜反应瓶，使H拌器搅拌。 每隔 2mi用KMnO 滴定或加热的方法测 V 。 六 数据处理 用 0校正所有的体积读数 ，tV V。 列出 t， ， ，tV ()tVV ln( )tVV 数据。 以 对 t作图，求直线斜率
8、。 计算H 2O2分解反应速率常数 和 。 七 注意事项 H 2O2催化分解是几级反应？其特征是什么？试用所得结果进行分析。 本实验为什么是以 对 t 作图而不直接以ln( )tVV1k1/2t反应速率常数与哪些因素有关？ ln( )tVV0lntcc对 t 作图呢？ 本实验装置中，夹套瓶及搅拌器各起什么作用？搅拌速度对结果有无影响？ 【思考问题】 1. 根据实验讨论反常数速率常数与哪些因素有状关？ 至终要使水准瓶的液面与量气管的H2O2的初始浓度是怎样确定的？ 为【参考文献】 1复旦大学等编，物理化学实验，北京，高等教育出版社，第三版，2003 5你对改进本实验方法有何建议？ 2. 影响H 2O2分解反应的因素有哪些？为什么实验中处始液面保持水平？ 3. H2O2分解反应中4. 什么可用lg(V - Vt)代替lgC t作图？ 2清华大学化学系物理化学实验编写组，物理化学实验，北京，清华大学出 版社，1991叶大陆，物理化学实验，北京，冶金工业出版社，1986 3
