物化实验——过氧化氢分解.doc

过氧化氢分解一、目的 1 .用测压法测定 H 2O 2 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。 H 2O 2 的分解反应即属一级反应:H 2O 2 =1/2 O 2 +H 2O 其反应速率方程可写为: tA tAkc dt dc, ,??- 式中 k 为反应速率常数, c A,t 为时间 t 时的反应物浓度,积分得 ktc c A tA?? 0,, ln 式中 c A,0 为反应开始时的初浓度。以 lnc A,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 lnc A,0。当c A,t = c A,0 时,则 t 可用 t 1/2 表示,即反应的半衰期。 t 1/2= 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。某些催化剂可以明显地加快反应速率, 能加速分解 H 2O 2 的催化剂有 Pt、 Ag 、 MnO 2、 CuO( 多相催化剂)、 Cu 2+、 Fe 3+、 Mn 2+、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 1 2345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)磁力搅拌器恒温水浴装置) 。使 H 2O 2 分解反应在一个体积固定的体系内进行, 反应过程放出的 O 2 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p ∞表示 H 2O 2 全部分解时体系的最终压强增加值;p t 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 tOn , ∝(c A,0-c A,t)∝p t,?,On ∝c A,0∝p ∞,则速率方程的积分式亦可表示为: ktp pp t????? ln 以 ln[(p ∞-p t) /Pa] 对t 作图,由直线的斜率也可求得速率常数 k。 p ∞可以采用以下两种方法求取: (1 )外推法,以 1 /t 为横坐标对 p t 作图,将直线段外推至 1/t =0 (即 t为∞) ,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 p t 后,将反应瓶置于 50-60 ℃下约 15min ,促进 H 2O 2 快速完全分解, 再冷却回原反应温度,记下的压强即为 p ∞。也可以不测 p ∞,而用 Guggenheim 法数据法处理。公式推导如下: 以 ln[(p t+ Δ-p t) /Pa] 对t 作图,由直线的斜率也可求得速率常数 k。Δ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