3实验三 过氧化氢分解
实验三 一级反应速率常数的测定-HO分解 22 一、实验目的
1. 熟悉一级化学反应的特点，了解温度和催化剂等因素对一级反应速率常数 的影响。
2. 测定HO分解反应的速率常数和半衰期。 22 3. 学会用图解法求一级反应速率常数。 二、实验原理
HO是不稳定的化合物，在没有催化剂作用时也能分解，但分解速率很慢。22 当加入催化剂时能促使HO较快分解，分解反应按下式进行: 22 11 HO? HO + O(3-1) 22 22 22
在催化剂KI作用下，HO分解反应的机理为: 22 HO+ KI ? KIO + HO (慢) (3-2) 22 2 1O (快) (3-3) KIO ? KI + 2 2
KI与HO生成了中间产物KIO，改变了反应的机理，使反应的活化能降低，22 反应加快。反应(3-2)较(3-3)慢很多，成为HO分解的控制步骤。 22 HO分解反应速率表示为: 22 dc(HO)22r (3-4) ,dt 反应速度方程为:
dc(HO)'22 (3-5) ,,kc(HO)c(KI)22dt
KI在反应中不断再生，其浓度近似不变，这样(3-5)式简化为: dc(HO)22 (3-6) ,,kc(HO)22dt
'其中，，k与催化剂浓度成正比。 k,kc(KI)
由(3-6)式看出HO催化分解为一级反应，积分(3-6)式得: 22 cln,,kt (3-7) c0
式中:c——HO初始浓度; 022 c——t时刻HO的浓度。 22 t一级反应半衰期为: 12 1
ln20.693,,t (3-8) 1kk2
可见一级反应的半衰期与起始浓度无关，与反应速率常数成反比。 本实验通过测量HO分解时放出O的体积来求反应速率常数k。根据(3-1)222 式可知HO完全分解后放出的O体积V与HO溶液初始浓度c成正比，其比222?220例常数为定值，则
c?Vc?(V,V) (3-9) 0? ? 代入(3-7)式得: V,V,ln,,kt (3-10) V, 改写成直线方程式:
VVV,,,lnktln,,， (3-11) [V][V]
以ln(V,V/,,,)对t作图，得一直线，从斜率即可求出反应速率常数k。 ? [V]—单位体积。 三、仪器与试剂
33实验装置如图3-1所示。其它仪器:5cm移液管1支;10cm移液管1支; 3333100cm容量瓶1个;10cm量筒1个;150cm烧杯2个;250cm锥形瓶2个;秒表1块。
-3-330% HO溶液;0.1000mol?dmKI标准溶液;0.02000mol?dmKMnO标准溶224-3液、3mol?dmHSO溶液。 24
四、实验步骤
-331. 1.4mol?dm HO溶液的配制和标定。量取14cm30% HO溶液于烧杯中，22223-3加蒸馏水86cm，混合均匀，装入塑料瓶中。其浓度大约为1.4mol?dm。
,3移取上述溶液10cm于100cm容量瓶中，加水冲稀至刻度，混匀。然后再移 33-3取此溶液10cm于锥形瓶中(准备两份)，加入10cm3mol?dm HSO溶液，用24-30.02000mol?dmKMnO标准溶液滴定至淡红色为止。(注意:标准KMnO溶液，44按实际标定浓度为准，其滴定反应式如下:
+2+ -5 HO + 2 MnO + 6H = 2Mn+ 5O?+ 8HO ,2242 c,V5KMnOKMnO44 c,,02VHO22
根据已知KMnO溶液的浓度和滴定时所消耗KMnO溶液的体积，可以算出44 HO的浓度(重复滴定两次)。 22
2. 将洗净晾干的平底烧瓶按图3-1装好，检查是否漏气。 2
,3. 取下平底烧瓶，打开活塞3，将量气管水位调至最高刻度处。移取5cm 3KI溶液于乒乓球内，另外移取10cm HO溶液(已标定好浓度) 于平底烧瓶中，22
小心移取，避免两者溶液提前反应，塞
4 好烧瓶塞。 5 3 4. 关闭活塞3，打开活塞6，将量气 3管中的水放出5cm。
7 5. 实验开始注意配合，在摇翻乒乓 球内溶液的同时，用秒表计时，并观察 压力计，待压力计两边液面相平时，记 3下生成5cm氧气的时间。然后将量气管
3中的水再放出5cm，待压力计液面相平1 6 2 时，再记下时间。依次类推，直至放出
350cm水为止。 1.平底烧瓶;2.乒乓球;3.活塞;4.量气管; 5.U型压力计;6.水准瓶
图3-1 反应速率测定仪示意图 六、数据处理 1.V的计算 ?
由HO分解反应方程式(3-1)可知，每分解出1molO需2mol HO，令HO2222222 的初始浓度为c，实验所用溶液的体积为V ，则V可用下式求出: 220HO? cVRT0HO22V,, ,02P,P 式中:P —— 大气压;
oP——室温下水的饱和蒸汽压，见表3-1。
2. 根据实验数据(V，t)，以ln(V,V)对t作图，求直线的斜率。 ? 3. 计算HO分解反应的反应速率常数，并求相应的半衰期。 22 七、思考与讨论
1. 根据实验讨论反应速率常数与哪些因素有关? 2. 测量HO分解的反应速率常数有何意义? 22 3
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