一级反应 过氧化氢分解反应速率测定
实验14--过氧化氢催化分解反应速率常数的测定
实验14--过氧化氢催化分解反应速率常数的测定实验目的：1. 了解过氧化氢的催化分解反应。
2. 掌握反应速率常数的测定方法。
实验原理：过氧化氢在水溶液中会自发分解，产生氧气和水。
但是过氧化氢自身的分解速度非常慢，因此需要催化剂来加速反应速率。
催化剂可以降低活化能，使反应更容易进行。
H2O2(aq) → O2(g) + 2H2O(l)该反应为一级反应，其反应速率可以表示为：r = k[H2O2]其中，r为反应速率，k为反应速率常数，[H2O2]为过氧化氢浓度。
为了方便起见，我们可以使用实验时测得的氧气体积来代替反应速率，即：在反应中，过氧化氢的浓度随时间而减少，因此反应速率常数k也随时间而变化。
为了得到反应速率常数k的准确值，我们需要使[H2O2]在整个反应过程中变化量相对较小，通常可以在反应初期进行。
实验仪器和试剂：1. 实验室盛装设备2. 10 mL 滴定管3. 过氧化氢溶液（30%）4. 硫酸铜催化剂溶液6. 蒸馏水实验步骤：1. 将实验室盛装设备清洗干净，取出等压瓶并将其放入水中，保持水平。
使用10 mL 滴定管向等压瓶中滴加10 mL的过氧化氢溶液，尽量不在氧气冒出的条件下加入。
等压瓶中应剩余20 mL空气。
2. 在反应开始前，将硫酸铜催化剂溶液加入等压瓶中。
使用10 mL 滴定管向等压瓶中滴加0.5 mL的硫酸铜催化剂溶液，并轻轻摇荡等压瓶使催化剂充分混合。
3. 在反应开始后，使用滴定管向等压瓶中滴加氢氧化钠溶液。
每滴加入1 mL，滴加后轻轻摇荡等压瓶，注意观察等压瓶中气体体积变化。
反应开始前应先注意精密加水前的气体体积，以作为实验的参考。
4. 在反应过程中，每隔30秒记录一次氧气体积V和反应时间t，记录10分钟。
记录时，将等压瓶放在室温下，以保持反应温度稳定。
5. 测量完毕后，关闭水龙头，使用滴定管向等压瓶中滴加足量氢氧化钠溶液，并等待反应结束。
注意：反应结束后，等压瓶中还有一定量的过氧化氢未反应完全，因此等压瓶不能直接倒掉，要用蒸馏水清洗干净。
过氧化氢分解速率常数的测定
过氧化氢分解速率常数的测定过氧化氢分解速率常数的测定Determ in ati On Of H2QDeComPoSition Rate Con Sta nt一.实验目的及要求1. 熟悉一级反应的特点2. 测定过氧化氢分解反应的速率常数和级数3. 了解各种因素对反应速率的影响4. 用图解法求过氧化氢分解反应的速率常数二.实验原理凡是反应速度只是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.过氧化氢分解的反应为H2O2一H^O+ 10?如果该反应属于一级反应.则其反应速度方程应遵守下式:^ =kC t ⑴式中：k为反应速度常数；G为时间为t式的反应物浓度。
将式(1)积分得：=-?+lnC" (2) InCt式中:为反应开始时H2O2的浓度。
如将⑵变换?可得：In总7 ⑶该式子式是InCt?t的直线方程。
反应进行过程中.测定不同时刻t 时反应系统中H2Q的浓度G.取得若干组C .t数据后.以InCt对时间t作图.可得一直线.表明该反应为一级反应.其斜率为反应速度常数得负值—k.截距为In-O三.实验方法1. 实验条件的设计：化学反应速度取决于许多因素.例如反应物的浓度、搅拌速度、反应压力、温度、催化剂等等。
某些催化剂可以明显地加快反应速度。
能加速H2O分解的催化剂Pt、Ag、碘化物等等。
本实验用KI作为催化剂.在静态装置里测定HQ分解反应的速度常数（实验装置见第三部分）。
HQ在水溶液中分解释放出氧气的速率较慢.加入KI时.速率加快.其反应按下面的步骤进行.即Kl+HO====KIQ+HQ （慢）（1）KIQ====KI+1∕2Q（快）⑵由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步为反应得控制步骤。
因而可以假定其反应的速率方程式为式中.Ct为反应系统中反应到t时刻HQ浓度.因KI在反应过程中浓度不变.故上式可以简化为。
过氧化氢催化分解速率常数的测定
过氧化氢催化分解速率常数的测定一、实验原理过氧化氢（H2O2）在存在催化剂的情况下，能够催化分解成水和氧气。
该反应速率与催化剂种类、催化剂浓度、温度等因素有关。
过氧化氢的分解反应可以用如下反应式表示：2H2O2 → 2H2O + O2在一定的反应条件下，反应速率的快慢可以通过测定反应的速率常数来确定。
速率常数k的单位是mol/(L/s)，表示单位时间内单位体积溶液中反应物的消耗量。
二、实验目的1. 了解催化剂对过氧化氢分解反应速率的影响；2. 能够通过实验测定速率常数k。
三、实验仪器和试剂1. 50 mL锥形瓶、滴定管、分液漏斗、实验管夹等；2. 过氧化氢（H2O2）、氯化铁铵六水合物（NH4Fe(SO4)2·6H2O）。
四、实验步骤1. 实验前准备（1）空气中存在的灰尘和微生物等会影响实验结果，因此需先将仪器、试剂及其他必需的物品仔细清洗干净。
（2）将50 mL锥形瓶放入水浴中，加热至50℃。
2. 实验操作（1）将实验管夹夹住滴定管，用滴定管分别向50 mL锥形瓶中加入10 mL的H2O2溶液和2 mL的NH4Fe(SO4)2·6H2O溶液。
（2）迅速将实验管夹取下，并立即开始计时。
（3）记时，每隔30秒取出一个样品到冷水中浸泡降温。
（4）将样品移入滴定管中，加入一滴甲基橙指示剂，用已知浓度的Na2S2O3标准溶液滴定至淡黄色为止。
（5）按相同方法进行4次实验数据采集。
五、实验结果与分析序号时间t（min）[H2O2]（mol/L）实验室温度T（℃）Na2S2O3消耗量V （mL）1 0.5 0.020 21.8 22.02. 计算速率常数k值过氧化氢的分解反应速率遵循一级反应速率方程，即：-rate/k = d[H2O2]/dt = k[H2O2]根据速率方程，可用ln[H2O2]关于时间t的直线斜率来表示反应的速率常数k，其表达式是：其中，[H2O2]0为反应体系初始浓度，kt为反应时的ln[H2O2]的变化量。
一级反应—过氧化氢分解反应速率（数据处理）
五．实验结果及数据处理（1）H2O2分解反应速率常数的测定与计算本次实验采用差减法处理实验数据可分别得t及+∆t时刻方程为由k1=ln V∞V∞−V ttV∞−V t=V∞exp−k1tV∞−V t+∆t=V∞exp−k1t+∆t取∆t为恒等时间，则上两式相减得V t+∆t−V t=Aexp−k1t式中A=V∞1−exp−k1t为常数。
令B=ln A，上式又可写为ln V t+∆t−V t=−k1+B将数据测定分为前段与后段，以后段各数据分别对相等时间间距∆t的前段数据相减可得V t+∆t的一组数据，利用ln V t+∆t−V t对t作图而得到k1。
（2）半衰期的计算半衰期t=ln2k1①25mL0.05mol∙dm−3KI+10mL约1mol∙dm−3H2O2溶液。
取∆t为1.5min，得到如下数据。
表1利用ln V t+∆t−V t对t作图，得到如下图表。
故k 1=0.0136t =ln 20.0136=50.97②25mL0.1mol ∙dm −3KI +10mL 约1mol ∙dm −3H 2O 2溶液。
取∆t 为1.0min ，得到如下数据。
表2利用ln V t +∆t −V t 对t 作图，得到如下图表。
故k 1=0.0262t =ln 20.0262=26.46③25mL0.1mol∙dm−3KI+5mL约1mol∙dm−3H2O2溶液+10mL约1mol∙dm−3H2O。
取∆t为1.5min，得到如下数据。
表3利用ln V t+∆t−V t对t作图，得到如下图表。
=25.96故k1=0.0267t=ln20.0267。
过氧化氢催化分解反应速率常数的测定
（4）每隔一定时间（大约产生3.00mLO2），分别读取量气管的读数和记下对应的时间，8－12组即可。（注：每次水准瓶的液面与量气管的液面保持在同一水平方可读数）
解：
斜率m=（3.00－2.71）÷（1000－738）
=－0.29÷262
≈1.10×10－3
故k=－m
=1.10×10－3
4、计算H2O2的分解反应的半衰期。
解：
t1/2=ln2/k
=0.693/k
=0.693÷（1.10×10－3）≈630s
七、实验分析与讨论
1、开始反应的前段时间，由于反应物混合尚为均匀，反应速率较慢，而导致时间间隔较大；随着反应的进行，反应逐渐趋于稳定，而产生的氧气的量也相对均匀了很多。但是我认为，前段反应时间间隔大的原因还可能是产生的部分氧气要用来填充胶管，而当我们以大约3mL为间隔记录数据时，实际上已反应产生比这个3mL偏大很多的氧气了，当然它相对就要花掉较多一点时间。
2、药品
质量分数为2%的H2O2溶液（新鲜配制）、0.1mol·L-1KI溶液。
三、实验原理与技术
过氧化氢很不稳定，在常温下的分解反应式为：
H2O2→H2O+1/2O2（Ⅰ）
在KI作用下的分解反应机理为：
H2O2+KI→KIO+ H2O（慢）（Ⅱ）
KIO→KI+1/2O2（快）（Ⅲ）
（Ⅱ）式是H2O2分解的速控步骤，H2O2分解反应的反应速率方程为：
反应的半衰期为：
t1/2= ln2/k=0.693/k（Ⅶ）
在等温等压条件下，在H2O2的分解反应中，氧气体积增长速率反映了H2O2的分解速率，本实验就是通过测定不同时刻放出的氧气的体积，间接地求出H2O2在相应时刻的浓度，这种方法称为物理法。
实验D12过氧化氢催化分解（一级反应）
实验D-10 过氧化氢催化分解（一级反应）实验目的测定过氧化氢催化分解的反应速率常数及活化能。
实验原理过氧化氢在没有催化剂存在时，分解反应进行得很慢，加入催化剂则能加快其分解。
过氧化氢分解化学计量式如下：222212H O H O O →+(1) H 2O 2在KI 作用下催化分解按下列步骤进行： 222KI H O KIO H O +→+ (慢) (2) 212KIO KI O →+(快) (3)由于反应(2)的速度较(3)慢得多，故整个分解反应的速度决定于反应(2)，因而可以假定反应速度的方程式为：2222H O KI H O dC kC C dt-=KI 在反应中是催化剂，故其浓度不变，上式可简化为2222'H O H O dC k C dt-= (')KI k kC =将上式积分得 0ln'tC k t C =- (4)式中C 0为H 202的初始浓度,C t 为t 时刻H 202的浓度。
在H 202催化分解过程中，时间t H 202的浓度可通过测量在相应时间内释放出的氧气体积得出。
因分解过程中，放出的氧气体积与分解了的H 202的摩尔数成正比，其比例常数为定值．令V ∞表示H 202全部分解放出的氧气体积，V t 表示H 202在t 时刻分解放出的氧气体积，则： 0,V C ∞∝ t t V V C ∞-∝t t V V C ∞-∝ 代入(4)式，得 0lnln 't t C V Vk t C V ∞∞-==- 即： ln()'ln t V V k t V ∞∞-=-+ (5)以ln (V ∞一V t )对t 作图为一直线，即可验证是一级反应，由直线的斜率(它应等于-k')就可求出反应速率常数k ’。
V ∞可用两种方法测量。
一种是由H 202的初浓度及体积计算出。
但由于H 202会不断分解，真实浓度常常和溶液瓶标签上的值不符合，故应在实验前用高猛酸钾标定。
过氧化氢分解速率常数的测定
过氧化氢分解速率常数的测定Determ in ati On Of H2QDeComPoSition Rate Con Sta nt一.实验目的及要求1. 熟悉一级反应的特点2. 测定过氧化氢分解反应的速率常数和级数3. 了解各种因素对反应速率的影响4. 用图解法求过氧化氢分解反应的速率常数二.实验原理凡是反应速度只是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.过氧化氢分解的反应为H2O2一H^O+ 10?如果该反应属于一级反应.则其反应速度方程应遵守下式:^ =kC t ⑴式中：k为反应速度常数；G为时间为t式的反应物浓度。
将式(1)积分得：=-⅛+lnC" (2) InCt式中:为反应开始时H2O2的浓度。
如将⑵变换•可得：In总7 ⑶该式子式是InCt〜t的直线方程。
反应进行过程中.测定不同时刻t 时反应系统中H2Q的浓度G.取得若干组C .t数据后.以InCt对时间 t作图.可得一直线.表明该反应为一级反应.其斜率为反应速度常数得负值—k.截距为In-O三.实验方法1. 实验条件的设计：化学反应速度取决于许多因素.例如反应物的浓度、搅拌速度、反应压力、温度、催化剂等等。
某些催化剂可以明显地加快反应速度。
能加速H2O分解的催化剂Pt、Ag、碘化物等等。
本实验用KI作为催化剂.在静态装置里测定HQ分解反应的速度常数（实验装置见第三部分）。
HQ在水溶液中分解释放出氧气的速率较慢.加入KI时.速率加快.其反应按下面的步骤进行.即Kl+HO====KIQ+HQ （慢）（1）KIQ====KI+1∕2Q（快）⑵由于第一步的速率比第二步慢得多.所以第一步为反应得控制步骤。
因而可以假定其反应的速率方程式为式中.Ct为反应系统中反应到t时刻HQ浓度.因KI在反应过程中浓度不变.故上式可以简化为式中，k = k!×ca,将上式分离变量积分t = 0 时.Ct = C 定积分式为积分结果InC t = —kt + ln Co (5)式（5）是InC t〜t的直线方程。
量气法测定过氧化氢催化分解反应速率系数
令 : V 表示H 2O 2 全部分解所放出的O 2 体积， Vt 表示H 2O 2 在 t时刻放出的O 2的体积， V0则表示初始时即t 0时 O 2的体积, 显然V0 0 再找出浓度与物理性质之间的关系： c 0 V V0 , c t V V t , x V t V 0
仪器：H2O2分解测定装置， 超级恒温槽，5mL 移液管
四、实验步骤
1. 调节超级恒温水槽的温度； 2. 用双连球鼓气，使皂膜润湿气管壁，并在量气管下部压出 3～5个皂膜备用（润湿和压皂膜时，三通都必须调至双连球 和量气管两通的状态，皂膜压好后，三通可调至三不通状态 备用）； 3. 向反应管中加入3％的H2O2溶液5mL及一个磁力搅拌子恒温 10min，向小试管中加入0.2mol/L的KI溶液，恒温10min； 4. 将KI溶液倒入反应管中，打开磁力搅拌器。 充分混合1～ 1.5min后，塞上反应管上的橡皮塞，同时旋转三通活塞至反 应管和量气管两通的状态，使反应放出的氧气进入量气管。 此时秒表开始，同时记录记下量气管中皂膜对应的位置读数 Z0，以后每隔1min记录一次读数Zt ，共10次。 5. 约二十分钟后，皂膜不再变化，记录皂膜位置读数为 。
五、数据记录与处理
数据记录（即本实验需测的原始数据）：
t / min
zt / ml
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
℃，所用试剂 的用量和浓度（注意测量精度，即量气管读数的有 效数字，记录时小数点后应有两位数字）。
数据处理（注意有效数字的运算规则及对数的 有效数字）：
过氧化氢催化分解反应是一级反应
一级反应： a A b B p P
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过氧化氢催化分解反应速率常数的测定
一、实验目的
（1）了解过氧化氢催化分解反应速率常数的测定方法。
（2）熟悉一级反应的特点，了解催化剂对反映速率的影响。
（3）掌握用图解计算法求反应速率常数。
二、实验用品
1、仪器
玻璃反应容器1个、水准瓶1个、50mL量气管1个、超级恒温槽1套、三通活塞1个、秒表1块、10mL量筒1个、5mL吸量管2支、胶管3m。
2、药品
质量分数为2%的H2O2溶液（新鲜配制）、0.1mol·L-1KI溶液。
三、实验原理与技术
过氧化氢很不稳定，在常温下的分解反应式为：
H2O2→H2O+1/2O2（Ⅰ）
在KI作用下的分解反应机理为：
H2O2+KI→KIO+ H2O （慢）（Ⅱ）
KIO→KI+1/2O2（快）（Ⅲ）
（Ⅱ）式是H2O2分解的速控步骤，H2O2分解反应的反应速率方程为：
－dcH2O2/d t=k´cH2O2·cKI（Ⅳ）
因为cKI近似不变，（Ⅳ）式可简化为：
－
dcH2O2/d t=k cH2O2
（Ⅴ）
（其中k=k´cKI）。
H2O2的催化分解反应为一级反应，对（Ⅴ）式积分可得：ln（c/ c0）=－kt （Ⅵ）
（其中c0为H2O2的初始浓度；c为反应至t时刻H2O2的浓度；k为H2O2的催化分解反应的速率常数）。
反应的半衰期为：
t1/2= ln2/k=0.693/k （Ⅶ）
在等温等压条件下，在H2O2的分解反应中，氧气体积增长速率反映了H2O2的分解速率，本实验就是通过测定不同时刻放出的氧气的体积，间接地求出H2O2在相应时刻的浓度，这种方法称为物理法。
令ⅴ∞表示H2O2全部分解放出的O2的体积；ⅴt表示反应至t时刻放出的O2的体积；则由（Ⅰ）式可看出：
定温定压下反应产生的O2的体积ⅴt与被消耗的H2O2的浓度成正比，而
ⅴ∞则与H2O2的初始浓度成正比，且两者比例系数为定值，则：c。
∝ⅴ∞；c∝（ⅴ∞-ⅴt）。
代入（Ⅵ）式可得：ln[（ⅴ∞-ⅴt）/ⅴ∞]=－kt （Ⅷ）
→ln（ⅴ∞-ⅴt）=－kt＋
lnⅴ∞（Ⅸ）
（其中ⅴ∞可以通过外推法或加热法求得）。
四、实验步骤
（1）组装仪器（实验室工作人员已经装好）。
（2）先用量筒量10mL蒸馏水和用吸量管吸取5mL 0.1mol·L-1KI溶液注入反应器的一室；再用另一支吸量管吸取5mL质量分数为2%的H2O2溶液于另一室。
（注：此过程中各室的溶液都不能滴漏于另一边）。
接着，盖好瓶塞，查漏。
方法如下：
水准瓶装入一定量蒸馏水，旋转三同活塞，使体系与外界相通；高举水准瓶，使量气管的水平面达到0.00mL（即ⅴ０）刻度处，然后再旋转三通活塞，使体系与外界隔绝，水准瓶放回实验台面。
2min内保持不变，则表示不漏气；否则，要找出原因，排除它。
（3）倾斜反应器，使KI溶液流入H2O2溶液中，立即开启秒表，混合溶液两室中反复转移3－4次，最后全部停留在一室，平稳且力度适中地摇匀。
（注：反应器必须与量气管相通）
（4）每隔一定时间（大约产生3.00mLO2），分别读取量气管的读数和记下对应的时间，8－12组即可。
（注：每次水准瓶的液面与量气管的液面保持在同一水平方可读数）
（5）反应器于55℃水浴中加热，至没小气泡产生（约为20min），取出反应器，冷却至原温，然后读数，至相邻读数的差值不超过0.02mL为止，记为ⅴ水浴。
它与ⅴ０的差值即为ⅴ∞。
五、实验数据记录与处理
1、室温26.0℃；气压100.90Kpa ；ⅴ∞ 34.80mL
关于t、1/t、ⅴt、（ⅴ∞-ⅴt）和ln（ⅴ∞-ⅴt）的数据表：
2、以ⅴt对1/t作图，外推至1/t=0，得截距即为ⅴ∞。
将其与实验值ⅴ∞比较，并简单讨论之。
讨论：
外推可得ⅴ∞=38.20 mL
而实验值为34.80mL；
由此可见外推得到的值大了一点，原因应该是后面记录的三个数值相对偏大了，而导致那段线段较陡，最终导致外推时也相对向上移动了较大的一段。
3、以ln（ⅴ∞-ⅴt）对t作图，由直线的斜率计算反应速率常数k（作图求斜率时，取氧气析出15%～85%之间的点）。
解：
斜率m=（3.00－2.71）÷（1000－738）
=－0.29÷262
≈1.10×10－3
故k=－m
=1.10×10－3
4、计算H2O2的分解反应的半衰期。
解：
t1/2=ln2/k
=0.693/k
=0.693÷（1.10×10－3）≈630s
七、实验分析与讨论
1、开始反应的前段时间，由于反应物混合尚为均匀，反应速率较慢，而导致时间间隔较大；随着反应的进行，反应逐渐趋于稳定，而产生的氧气的量也相对均匀了很多。
但是我认为，前段反应时间间隔大的原因还可能是产生的部分氧气要用来填充胶管，而当我们以大约3mL为间隔记录数据时，实际上已反应产生比这个3mL偏大很多的氧气了，当然它相对就要花掉较多一点时间。
2、由t—ln（ⅴ∞-ⅴt）图可以看出，反应前段时间产生约为等体积的氧气时所需的时间也大约一样；但是随着反应的进行，时间的间隔也慢慢地增大。
从中可知道，反应速率不仅与温度有关系，而且与反应物的浓度有关，呈正比。
六、思考题
1、读取氧气体积时，量气管及水准瓶中水面处于同一水平面的作用何在？
答：反应开始前量气管里水面所受的压力与水准瓶水面所受的压力是一样的，都是P。
反应开始后，由于氧气的产生，水面所受的压力增大而降低。
读取氧气体积时，使量气管及水准瓶中水面处于同一水平面，就是继续保持内外的压力相等，有利于准确读取在t时刻产生氧气的体积。
2、用ⅴ∞数据可以计算H2O2的初始浓度c0，如用KMnO4溶液滴定H2O2溶液，求得H2O2的初始浓度c0，再由c0计算ⅴ∞是否可以？
答：可以；
因为KMnO4溶液滴定H2O2溶液时，有以下关系式：2 MnO4－→5 H2O2→5 O2；当知道滴定KMnO4溶液的浓度和用掉的体积以及被滴定的H2O2溶液的体积，而先求得c0；接着就可根据关系式求得氧气的物质的量；又因为此时可以把氧气当作理想气体，最后就可以根据理想气体方程：PV=nRT，求得V（即ⅴ∞）。
3、H2O2和KI溶液的初始浓度对实验结果是否有影响？应根据什么条件选择它们？
答：有影响；
因为ⅴ∞与H2O2的初始浓度c0成正比，而k又与催化剂KI溶液的浓度成正比，所以说它们对实验结果是有影响的。
应根据量气管的量程大小和反应的快慢程度来选择它们。