内容发布更新时间 : 2024/5/19 17:54:13星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

过氧化氢的催化分解

一、实验目的：

1．用静态法测定H2O2分解反应的速度常数和半衰期。

2．熟悉一级反应特点，了解反应物浓度、温度、催化剂等因素对一级反应速度的影响。

3．掌握量气技术和体积校正，学会用图解计算法求出一级反应的速度常数。

二、实验原理：

1. 凡反应速度只与反应物浓度的一次方成正比的反应，称为一级反应，实验证明H2O2的分解反应如下：

2 H2O2 → 2 H2O + O2 （1） 2. 若该反应属于一级反应，则其速度方程应是：

?dCH2O2dt?kCH2O2(2)式中：CH2O2—时间t时的H2O2浓度； k—反应速度常数。

3. 化学反应速度取决于许多因素，如反应物浓度、搅拌速度、反应压力、温度、催化剂等等。某些催化剂可以明显的加速H2O2 的分解，它们有Pt、Ag、MnO2、FeCl3、碘化物。本实验用I-（具体用KI）作为催化剂。由于反应在均匀相（溶

液）中进行，故称为均相催化反应。 设该反应为一级反应，且按下列式进行：

H2O2 + I - → H2O + IO- （A）

H2O2 + IO- → H2O + O2 （B） 则因

d?CH2O2? ??A?kC·?AI?CH2O2及 dt

d?CH2O2???B?kC· ?BIO?CH2O2dt

其总反应速度为上两式之和，即：

?dCH2O2dt??A??dCH2O2dt??B?dCH2O2dt??kACI??kBCIO??CH2O2

则 kACI - = kBCIO-

亦即反应速度应为：

由于催化剂在反应前后的浓度是不变的，CI-或CIO-就可视为常数，令k=2kACI - = 2kBCIO –

dCH2O2 ??2kACI??CH2O2?2kBCIO??CH2O2dt

最后得：

?dCH2O2dt?kCH2O2(3)若反应（A）的速度慢于反应（B），则整个反应速度决定于反应（A），因而可假定其速度方程式，即为：

dC H 2O 2

??kACI??CH2O2dt

从而亦可简化为： ?

式（3）表示，H2O2的分解反应为一级反应。

?dCH2O2?kCH2O2(3)dCH2O2dt?kACI??CH2O2

dt尽管k会因CI–而变，但对H2O2分解来说，则仍是一级反应。

4. 一级反应的积分式为

lnCH2O2 = - k t + ln C0H2O2 （4）

上式中C0H2O2 是反应开始时H2O2的浓度（摩尔/升）

公式（4）为直线方程，故我们若以lnCH2O2对时间作图而得一直线时，则可验证反应为一级反应。该直线之斜率为-k，截距为lnCH2O2。

5. 由于分解过程中放出的氧气体积与已被分解的H2O2浓度成正比，比例常数为定值，故在相应时间内分解放出氧的体积即可得出时刻t的H202浓度。 令Vf表示H2O2全部分解时产生的O2气体体积。Vt表示在t时刻分解所放出的O2气体体积，则显然

C0H2O2 ∞ Vf CH2O2 ∞（Vf -Vt） 代入（4）式，得：

ln（Vf -Vt）= - k t + lnVf (5)

Vf可由H2O2的体积及浓度算出。标定CH2O2之方法如下：按其分解反应的化学方程式可知一摩尔H2O2放出1/2摩尔O2，在酸性溶液中以高锰酸钾标准溶

液滴定H2O2 ,求出CH2O2，就可由下式算出Vf：

CKMnO4?VKMnO45C??H2O2

VH2O22

CHO?VH2O2RT(7)Vf?22?2PO2

PO2—氧分压即大气压减去实验温度下水的饱和蒸汽压。 T—即量气管的温度（K） Vf亦可采用下面两种方法来求得：

（a）外推法：以1/t为横坐标，对Vt作图，将直线外推至1/t=0，其截距即Vf。 （b）加热法：在测定若干个Vt数据后，将H2O2加热至50—60℃约15分钟，可认为H2O2已基本分解完毕，待溶液冷却到实验温度时读出量气管读数即为Vf，同学们可自择二者之一，与滴定结果作对照。

6. 当CH2O2=1/2 C0H2O2时，t可用t1/2 表示，称为反应半衰期，代入式（4）得

ln20.693(8)?kk上式表示：当温度一定时，一级反应的半衰期与反应速度常数成反比,与反应初浓度无关。

t1/2?三、仪器和药品：

1. 仪器：H2O2分解速率测定装置；滴定管；秒表；移液管（5、10、20ml）；锥形瓶（150、250ml）。 2. 药品：H2O2溶液（质量分数为2%）；KI溶液（0.1mol/L）；H2SO4溶液（3.0mol/L） KMnO4标准溶液（0.05mol/L）。 四、实验步骤：

1. 在图20-1所示装置中，将水准球内加水，使水位与量气管满刻度处齐平。（打开三通活塞，使大气与量气管相通）。与此同时调节恒温槽温度。 2. 调节恒温槽温度：在1000ml烧杯中加入250ml水，水温控制在25℃左右并使在实验中能够基本恒定。烧杯放在搅拌器座上。夹好测温用温度计。

3. 用移液管移取己恒温至25℃的10ml水放入洁净干燥的锥形瓶中，再移取10ml已恒温到同样温度的H2O2 注入到锥形瓶中。将已准确称量好的KI试剂 0.160克小心放在液面上勿使KI与液面接触，最后塞好橡皮塞，进行试漏。 4. 把锥形瓶小心的放入恒温槽，将三通活塞 4 旋与大气、量气管都相通，举高水准球使量气管充满水，然后再旋活塞 4 切断与大气的通路，但仍使系统内部联通，将水准瓶放到最低位置，若量气管中水位在2分钟内保持不变，说明系统不漏气，可以进行分解反应。

5. 旋动三通活塞与大气相通，使水面恰在量气管“0”刻度处，然后切断大气通路，

打开搅拌器开关，同时记下时间，此时KI容器倾倒，KI溶于H2O2溶液中，分解反应开始，当O2开始释放出后应随时保持水准瓶和量气管液面在一水平线上。定时（每2.0分钟）读出量气管中气体体积（或定体积地读出反应时间，每5mL读一次）。直到量气管中O2体积超过50mL。 6. 选用加热求Vf 时，接通电源使水浴升温，温度可达到50℃，一刻钟后从水浴中移出反应瓶，冷却至室温后读出量气管读数V和T（k），记下当时的大气压力，计算出Vf 。

7. 最后标定所用H2O2的原始浓度：用移液管取2ml H2O2放在锥形瓶中，加入10ml

3mol/L H2SO4 酸化后用已知浓度的KMnO4标准溶液滴定至淡红色为止。 8. 根据公式7计算出H2O2的浓度。

图19-1 H2O2分解速率测定装置 （在注入溶液前先将搅拌棒放入锥形瓶中）。

1-电磁搅拌器；2-锥形瓶；3-橡皮塞；4-三通活塞；5-量气管；6-水准瓶

五、数据记录和处理 1. 数据记录：

时间/min O2气体体积 Vt/ml

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 0.1 5.5 10.5 13.0 17.0 20.5 22.0 24.0 27.0 28.5 30.5 32.0 33.5 35.0 36.5 38.0 38.5 2．计算H2O2的初始浓度及 Vf，列出t、Vt、（Vf -Vt）及ln(Vf -Vt)表。

标定2ml H2O2用去0.05 mol/L的KMnO4标准溶液7.36 ml。

CKMnO4?VKMnO45? 7.36根据公式7 C H 2 ? V ? 2 = 0.05 ? 5 =0.46 mol/L 2OH2O222

0.46?0.0108.314?(25?273)CH2O2?VH2O2RT??Vf??（101300-3167.）22P2 2 = 5.8×10-5m3 = 58ml O

T/min 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Vt/ml 0.1 5.5 10.5 13.0 17.0 20.5 22.0 24.0 27.0 28.5 30.5 Vf -Vt/ml 57.9 52.5 47.5 45.0 41.0 37.5 36.0 34.0 31.0 29.5 27.5 ln(Vf -Vt) 4.059 3.961 3.861 3.807 3.714 3.624 3.584 3.526 3.434 3.384 3.314