实验 量气法测定过氧化氢催化分解反应速率常数

一、实验目的

1. 学习使用量气法研究过氧化氢的分解反应

2. 了解一级反应的特点，掌握用图解计算法求反应速率常数。 二、实验原理

H2O2在室温下，没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，但加入催化剂（如Pt、Ag、MnO2、碘化物）时能促使其较快分解，分解反应按下式进行：

在催化剂KI作用下，H2O2分解反应的机理为：

H2O2→H2O+1O22 (C2-1)

H2O2+KI→KIO+H2O（慢） (C2-2)

1KIO→KI+O22（快） (C2-3)

整个分解反应的速度由慢反应(C2-2)决定：

dcH2O2??kH2O2cKIcH2O2 (C2-4)

dt式中c表示各物质的浓度(mol?L-1)，t为反应时间(s)，kH2O2为反应速率常数，它的大小仅决定于温度。

在反应中作为催化剂的KI的浓度保持不变，令k1?kH2O2?cKI，则

?dcH2O2dt?k1cH2O2 (C2-5)

式中k1为表观反应速率常数。此式表明，反应速率与H2O2浓度的一次方成正比，故称为一级反应。将上式积分得：

lnct??k1t?lnc0 (C2-5)

式中c0、ct分别为反应物过氧化氢在起始时刻和t时刻的浓度。反应半衰期为：

t1/2?ln20.693 (C2-6) ?k1k1由反应方程式可知，在常温下，H2O2分解的反应速度与氧气析出的速度成正比。析出的氧气体积可由量气管测量。令V∞表示H2O2全部分解所放出的O2体积，Vt表示H2O2在t时刻放出的O2体积，则ct?(V??Vt)。将该关系式带入(C2-5)，得到

ln(V??Vt)??k1t?lnV? (C2-7)

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本实验采用静态法测定H2O2分解反应速率常数，实验装置见图C2-1。 三、仪器和试剂 1．试剂

序号 1 2 3 4 5 6 7 2．仪器

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

仪器名称 H2O2分解反应速率测量装置 电子天平 福廷式气压计 水银温度计 秒表 茄形瓶 移液管 酸式滴定管 量筒 锥形瓶 塑料盖 镊子 磁搅拌子 型号 AB204-N 分度值±0.1 oC 100 mL 10 mL，25 mL 50 mL 25 mL 150 mL 数量 1 2 1 2 1 3 1 1 1 3 3 1 1 备注 见图C2-1 公用 公用 公用 名称 H2O2溶液 KI(s) H2SO4溶液 KMnO4标准溶液 蒸馏水 凡士林 纸巾 纯度/规格 化学纯 A.R. 分子量Mr= 166.00 g·mol-1 化学纯 A.R. 浓度 0.35 %（准确浓度待标定） 3 mol·L-1 0.02260 mol·L-1 第 2 页 共 5 页

图C2-1 H2O2分解反应速率测量装置

1.电磁搅拌；2.茄形瓶；3.磨口塞；4.活塞；5.量气管；6.水准瓶；7.塑料盖

四．实验方法和实验条件的设计

1. 借助于实验装置和试剂，如何能获得用KI作催化剂时H2O2分解反应的表观反应速率常数k1？

?2. 令k1?kH2O2?cKI，若要进一步验证该反应对KI确实为一级反应，即α=1，并要获得

该反应的速率常数kH2O2，在目前的实验条件还要如何设计实验？请写出实验思路并完成实验。

3. 化学反应速率取决于许多因素，如反应物的浓度、搅拌速度、温度、催化剂等。除碘化物外，能加速H2O2分解的催化剂还有Pt、Ag、MnO2、Fe等等。在实验时间允许的范围内，可改变实验条件，考察其他条件对H2O2分解反应的表观反应速率常数k1的影响，进一步丰富该实验内容。

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