过氧化氢分解一、 目的1. 用测压法测定H2O2分解反应的速率常数和半衰期； 2．熟悉一级反应的特点，了解反应浓度、温度和催化剂等因素对一级反应速率的影响二、 原理1. 凡是反应速率与反应物浓度的一次方成正比的反应为一级反应H2O2的分解反应即属一 级反应：H2O2=1/2 O2+H2O 其反应速率方程可写为：dc- “ =-kc ,dt A t式中k为反应速率常数，cAt为时间t时的反应物浓度，积分得ln A t 二一ktcA,0式中cA0为反应开始时的初浓度以lncA t对时间t作图，可得一直线，其斜率为反应速率常数的负值-k,截距为ln cA 0当cA,t=0.5 cA,0时，则t可用t1/2表示，即反应的半衰期t1/2 = ln2/k可见，在温度一定时，一级反应的半衰期与反应速率常数成正比，而与反应物的起始浓度无关2. 化学反应速率取决于许多因素，例如反应物浓度和压力、温度、催化剂、溶剂、酸碱度、光 化反应的光强度、多相反应的分散度以及搅拌强度、微波、超声波、磁场等都可能对反应产生影响图1测压法实验装置（1）微压差测定仪；（2）导气管；（3）外循环 恒温水浴槽；（4）反应液；（5）磁力搅拌器某些催化剂可以明显地加快反应速率，能加速分解h2o2的催化剂有Pt、Ag、MnO2、CuO（多相催化剂）、Cu2+、Fe3+、 Mn2+、 I- （均相催化剂）等。
3. 动力学研究常通过间接测定与反应物或产物浓度呈一定数学关系的物理量随反应时间的变化来考察 反应的速率和机理本实验采用测压法进行研究［1］，装 置如图 1本次实验测定室温下的速率，未配套外循环 恒温水浴装置)使H2O2分解反应在一个体积固定的体系内进行，反应过程放出的02将使系统内压 强增加，通过与反应瓶相连的微压差测定仪跟踪压强增值随时间的变化研究反应的进程若Pg表示H2O2全部分解时体系的最终压强增加值；pt表示表示经反应时间t后体系的压强增加值，由于恒温条件下有n *(CA0-CA )*p, n *cA0 *p ,则速率方程的积分式亦可表示为:O ,t A,0 A,t Kt O ,8 A,0 尸8ln —= -ktp8以ln[(p/pt)/Pa]对t作图，由直线的斜率也可求得速率常数kp可以米用以下两种方法求取：丄00(1) 外推法，以1/t为横坐标对pt作图，将直线段外推至1/t =0 (即t为8 ),截距即为P/该 法须使反应接近完全方可相对准确的推出截距2) 加热法，即在测定若干pt后，将反应瓶置于50-60°C下约15min,促进H2O2快速完全分解, 再冷却回原反应温度，记下的压强即为p。
丄00也可以不测p^，而用Guggenheim法数据法处理公式推导如下：p - pln 8 t — -ktp8p - p — p e -kt8t8p — p — p e -k (t+△)8 t + △ 8两式相减，得 p — p — p e -kt (1 — e -kA)t + A t 8两边取对数，得 ln(p - p ) —-kt +ln[p (1-e-kA)]t+A t 8以ln[0t+A-Pt)/Pa]对t作图，由直线的斜率也可求得速率常数k△应取半衰期的2〜3倍，因此应 用该法的前提是反应须进行到接近完全为了便于数据处理，一般取相同间隔的整数时间读数4．实验内容的设计02是一种价廉的、强氧化性的绿色氧化剂，在纸浆氧漂、有机污水的湿法催化氧化处理(WAO, Catalytic Wet Oxidation)等领域中的应用[2, 3]日益引起人们的重视但常温附近O2起氧化作用的速率太 慢，制约了它的实际应用从催化原理来说，能显著促进H2O2分解的催化剂同样能促进逆反应o2生成 H2O2速率的提高，继而提高O2的氧化作用速率本实验任选一个实验条件，测定52+、Fe3+对H2O2分 解的催化活性及溶液的酸碱性对分解的影响，作为其应用的前期探索。
三、仪器和试剂1．仪器：微压差测定仪，磁力搅拌器， 250 mL 锥形瓶(配单孔橡皮塞)， 50 mL 量筒， 1 mL 吸量管5根，吸耳球，铁架台，铁夹，计时器(自备)2 ．试剂：0.5 mol/L 的 Cu(NO3)2 、 0.5 mol/L Fe(NO3)3 、 3% H2O2 、 0.1mol/L 的 NaOH 、 0.1 mol/L HCl 四、实验步骤取 50 mL 蒸馏水于洁净的锥形瓶中，加入 1mL 的催化剂(二选一)，放入洁净的搅拌磁子，开启 搅拌加入0.5 mL酸或碱或不加(三选一)混匀关闭磁力搅拌！移取1 mL3% H2O2溶液，注入装有催化剂的锥形瓶中，塞紧瓶塞将微压差测 定仪置零，开启磁力搅拌器同时开始计时过氧化氢分解放出的氧气使系统压力增高每隔lmin记 录一次微压差测定仪显示的系统压力增加值，直至反应接近完全为止五、数据处理1 •将所测数据填入表1使用Excel或Origin7.0软件处理和作图以ln[(pt+A-pt)/Pa]对t作图，求 得速率常数 k 及线性相关系数表1数据记录与处理示例/minpt/Pat+20(?)nin/minPt+20min/PaPt+20min"Pt/Paln[^t+20min-Pt)/Pa]1212223234245256267278289291030实验条件：实验温度： °C，催化剂： ，介质酸碱性： (注：△根据实验具体结果选取，不可一概模仿本记录表的20min。
2 •纟口 论：（1） t ]/2 = ,（2） 比较同学间的实验结果， 的催化分解活性更强；（3） 比较同学间的实验结果，在 性介质中的稳定性更强；（4） 比较同学间不同温度下的实验结果，在 条件下,T = K 时，k = ,~I ~IT = K 时，k = ,2 ~2活化能为.图2 ln（Pt+20min-Pt）〜t关系效果图六、注意事项1．实验过程必须保证反应体系的密闭性；2．实验过程必须避免外界气温的波动引起压 强误差；3.反应前的一系列操作一注入H2O2、加塞、微压差测定仪置零、启动磁力搅拌器、按下秒表计时，要迅速而有条理4. 思考题参见“蔗糖水解实验”七、参考文献图3测体积法装置[1]（1）电磁搅拌器；（2） 250mL锥形瓶；（3）催 化剂托盘；（4）三通旋塞；（5） 50mL量气管;（6）旋塞；（7）水位瓶1. 罗澄源等编.《物理化学实验》（第三版）.高等教 育出版社， 1989：130-132.2. 卢义程，赵捷夫，陈玲.高浓度乳化废水处理中铜 系催化剂催化活性比较.上海环境科学， 2002；21（4）： 199-201.3. 李启良， 陈建林.催化氧化法处理有机废水催化剂的选择应用. 污染防治技， 2003；16（2）：34-36.4. 王岚岚.氧电极催化剂的组成对H2O2分解活性的研究. 安徽工程科技学院学报， 2003；18（2）：12-15.5. 周勇，鲍正荣，黄会林.CuO超细粉体对H2O2催化分解的探讨.四川理工学院学报（自然科学版）， 2005； I8（I）： I0I-I04.。