实验三 过氧化氢催化分解速率常数的测定
一、实验目的
1、测定一级反应速率常数k，验证反应速率常数k与反应物浓度无关。 2、通过改变催化剂浓度试验，得出反应速率常数k与催化剂浓度有关。
二、实验原理
H2O2在常温的条件下缓慢分解，在有催化剂的条件下，分解速率明显加快，其反应的方程式为：
H2O2= H2O+1/2O2
在有催化剂（如KI）的条件下，其反应机理为：
H2O2 + KI → KIO + H2O
KIO → KI + O2
（1） （2）
其中（1）的反应速度比（2）的反应速度慢，所以H2O2催化分解反应的速度主要由（1）决定，如果假设该反应为一级反应，其反应速度式如下：
?dcH2O2/dt?k'cKIcH2O2
（3）
在反应的过程中，由于KI不断再生，故其浓度不变，与k'合并仍为常数，令其等于k上式可简化为：
?dcH2O2/dt?kcH2O2
（4）
积分后为：
ln(ct/c0)??kt
式中：
（5）
c0——H2O2的初始浓度；
ct——反应到t时刻的H2O2浓度；
k——KI作用下, H2O2催化分解反应速率常数。
反应速率的大小可用k来表示，也可用半衰期t1/2来表示。半衰期表示反应
物浓度减少一半时所需的时间，即c?c0/2，代入（5）式得：
t1/2=(ln2)/k
关于t时刻的H2O2浓度的求法有许多种，本实验采用的是通过测量反应所生成的氧的体积量来表示，因为在分解的过程中，在一定时间内，所产生的氧的体积与已分解的H2O2浓度成正比，其比例常数是一定值即
1H2O2?H2O?O2
2t?0 c0 0 0
t?t ct?c0?x x
1x 2ct?K(V??Vt)
c0?KV?
式中：
V?——H2O2全部分解所产生的氧气的体积；
Vt——反应到t时刻时所产生的氧气的体积；
x——反应到t时刻时，H2O2已分解的浓度。
其中K为比例常数，将此式代入速率方程式中，可得到：
ln(ct/c0)?ln(V??Vt)/V???kt
即：
ln(V??Vt)??kt?lnV?
如果以t为横坐标，以ln(V??Vt)为纵坐标，若得到一直线，即可验证H2O2催化分解反应为一级反应，由直线的斜率即可求出速率常数k值。
而V?可通过测定H2O2的初始浓度计算得到。公式如下：
V??式中：
cH2O2VH2O2RT2p
（6）
p——氧的分压，由大气压减去该实验温度下水的饱和蒸气压（查表）；
cH2O2—— H2O2的初始浓度；
VH2O2——实验中所取用的H2O2的体积；
R——气体常数； T——实验温度K。
三、实验仪器与试剂
1、仪器：
氧气的测量装置 秒表
1套 1块 1个 2支 1支 1支 1个 3个
2个
图1 实验反应装置图
水平管量气管三通 10ml量筒 25 ml移液管 10ml移液管 5 ml移液管
100 ml容量瓶 150 ml锥形瓶 250 ml锥形瓶 2、试剂：
1.5 mol/L 的H2O2 溶液50ml（170ml30% H2O2至1L） 0.1 mol/L 的KI 溶液100ml（16.6gKI至1L）
四、实验步骤
1、装好仪器（图1）。熟悉量气管及水平管的使用，使锥形瓶与量气管相通，造成液差，检查系统是否漏气。
2、固定水平管使量气管内水位固定在“0”处，转动三通活塞使量气管与锥形瓶连通。
3、用移液管取25 ml 0.1 mol/L KI 及5 ml 蒸馏水注入洗净烘干的锥形瓶中（为什么要干的？），并加入电磁搅拌子。
4、用移液管取5 ml H2O2注入瓶中，速将橡皮塞塞紧，开动电磁搅拌器，同时开动秒表计时，此后保持量气管与水平管中的水在同一平面上，每放出5 ml氧气记录一次时间，至放出50 ml氧气为止。
5、按照同样方法，改变药品用量做以下实验：
（1）25 ml 0.1 mol/L KI 加10 ml H2O2。 （2）25 ml 0.05 mol/L KI 加10 ml H2O2。
五、实验数据记录与处理
1、反应物的组成：
CKI/ mol.L-1 VKI/ml Ⅰ Ⅱ Ⅲ VH2O2/ml VH2O/ml
2、各组反应实验记录： 时间t/min Ⅰ Ⅱ Ⅲ ln〔(V∞-Vt)/ ml〕 5 ml H2O2 10 mlH2O2 VO2/ml 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 k/min-1 t1/2/min
3、求V∞：
方法一：利用公式（6）进行计算；
方法二：以Vt为纵坐标，时间1/t为横坐标作图，将直线外推至1/t=0处，其交点即为V∞。
4、将三组结果分别以ln(V∞-Vt)（单位ml）为纵坐标，t（单位min）为横坐标作图，由直线斜率m求反应速度常数k值及半衰期t1/2，并将结果填入上表。
5、从实验结果回答以下问题： （1）k值与所用H2O2浓度的关系。 （2）t1/2（半衰期）与H2O2浓度的关系。 （3）k值与所用KI浓度的关系。
六、思考题
1、本实验中，还有什么方法可以求得t时刻的H2O2浓度？ 2、在反应的过程中，搅拌起什么作用，搅拌情况为什么均应相同？ 3、H2O2催化分解为什么是一级反应？一级反应的特征是什么？如何由作图法求反应速度常数k？
4、分析反应速度常数k与哪些因素有关？这些因素与你在实验中所得的k值有何关系？
实验3 过氧化氢催化分解速率常数的测定
