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1、2.3 动力学部分实验十五 过氧化氢催化分解1 目的要求(1) 测定过氧化氢分解的反应速度常数。 (2) 了解用体积法研究动力学的基本原理。(3) 了解实验测定活化能E的原理和方法。2 基本原理过氧化氢在没有催化剂时，分解反应进行得很慢，加入催化剂时能促进其分解。过氧化氢分解的化学计量式如下：H2O2H 2O+1/2O2很多物质都能对这一反应起催化作用，如铂、银、铅、二氧化锰、三氯化铁以及三氯化铁和氯化铜的混合物等。本实验是以三氯化铁和氯化铜混合物作催化剂，研究H 2O2分解反应的动力学。其中CuCl 2是助催化剂，单独使用它，并不能催化该反应。在本实验条件下，过氧化氢的分解是一级反应。若 以
2、 a 表示H 2O2的起始浓度，x表示在时刻 t 时已经分解掉的H 2O2的浓度，则所剩余的H 2O2的浓度为(a-x) ，于是有：1xkdt积分上式： ln(a-x)= -k1t + lna式中k 1为反应速率常数，它的大小表征着反应速率的快慢。lna为积分常数，可由t=0，x=0这一边界条件得出。在H 2O2的催化分解中，t 时刻H 2O2的浓度C t 可通过测量在相应的时间内分解放出的氧气的体积得出。因分解过程中放出氧气的体积与分解了的H 2O2的浓度成正比，其比例常数为定值。.令V 表示H 2O2全部分解放出的氧气体积，V t 表示 H2O2在 t 时刻分解放出的氧气的体积，则：C0
3、V ； Ct( V-Vt)式中，C 0、C t分别代表H 2O2在t = 0 和 t =t 时的浓度。将上面关系式代入一级反应速率方程的定积分表达式，则有： 30.2lg10tktt 或者 lg(V-Vt) = - k1t/2.303 + lgV,根据上式，如果以lg(V -Vt)对 t作图得一直线，即可验证该反应是一级反应。此时由直线的斜率可求出反应速率常数k 1。 体积法是研究化学反应动力学的基本方法之一。只要反应过程中体系的体积发生明显的变化，一般都可用这种方法研究该反应的动力学。3 仪器试剂 恒温槽 1套； 秒表 1只；混合液 0.05molL-1FeCl3-0.005molL-1Cu
4、Cl2-0.4molL-1HCl；0.2mol L-1H2O24 实验步骤(1) 实验装置图如图2.15.1所示。实验前需检查测量系统是否漏气，为此，打开活塞A ，拔开塞子B，提高水准瓶C，使量气管D内的水面升至上部，关闭活塞 A，把水准瓶放在桌面上。塞紧塞子 B，打开活塞A，任水面自由下落，若降至某一位置保持静止，则证明系统不漏气，即可开始实验。(2) 拔开塞子B，打开活塞A，提高水准瓶 C，使D 管内的水平面升至量气管 0刻度以上， 关闭A。再调节A，使D管内的水面恰在刻度0的位置。移取20mL H 2O2溶液注入B，加入 10mL混合液，随即把塞子塞紧。此时H 2O2已开始分解，不断调节
5、活塞A ，使量气管内两壁的水面保持相同，当气体放出速度趋于稳定后(约10min) ，记下D管内水平面的刻度，同时打开秒表，每5min记录一次D 管内水面的位置。记录8个 10个数据。为得到H 2O2全部分解后的体积V ，将测得8个10个V t 后的试管瓶放在 80水浴中加热，并不断摇动，待反应管内不再有气泡放出为止。取出反应管，仍放回原恒温槽内恒温后，读取量气管内水面刻度，即V 数值。图2.15.1 过氧化氢分解装置5 数据处理(1)可按下列格式记录实验数据。室温： 大气压： 恒温槽温度： V= 时间 t min 体积 Vt mL V-Vt /mL lg(V-Vt)-（2）以lg(V -Vt)为纵坐标，时间 t 为横坐标作lg(V -Vt) t图。由直线斜率计算分解反应的速率常数 kmin -1。6 注重事项(1) 气体的体积受温度和压力影响较大，在实验中要保证所测得的V t和V 都是在相同的温度和压力下的数据。(2 )要真正搞清楚动力学方程中V t、V 的含义，这样，在进行数据处理时就不会出现错误。7思考题反应速率常数与哪些因素有关? 为什么在每次读取V t或V 时，一定要调整量气管两壁的水面相平？
