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過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)的測定 南京
閱讀：2538發(fā)布時間：2017-1-13
過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)的測定
一、實驗目的
1. 測定過氧化氫催化分解反應速率常數(shù)；
2. 掌握通過測量反應系統(tǒng)的體積跟蹤反應系統(tǒng)濃度從而研究反應速率的方法。
二、實驗原理
過氧化氫在沒有催化劑存在時，分解反應進行的很慢。加入催化劑能夠提高分解速率。過氧化氫分解反應的化學計量式如下：
H2O2(l) = H2O(l) + 1/2O2(g)
若以KI為催化劑，在KI作用下催化分解步驟為：
KI(l) + H2O2(l) = KIO + H2O(l) （慢）
KIO = KI(l) + 1/2O2(g)
由于*步的速率比第二步慢得多，所以，*步為反應的控制步驟。因而可以假定其反應的速率方程式為：
-dcA/dt =k’cKIcA
式中，cA為反應系統(tǒng)中反應到t時刻H2O2濃度，因KI在反應過程中濃度不變，故上式可簡化為
- dIcA/dt = kIcA （14.1）
式中k=k’cKI, 將上式分離變量積分：
當 t=0 時， CA=C0 ； t=t 時， CA=C t;
定積分式為：
AACCtAAkdtcdc00 （14.2）
積分結(jié)果：
0lnlncktct??? （14.3）
式是tct~ln的直線方程。反應進行過程中，測定不同時刻 t 時反應系統(tǒng)中氧氣的濃度ct，取得若干組ct、t 的數(shù)據(jù)后，以lnct對t 作圖，得一直線，表明該反應為一級反應（準一級反應），直線斜率為-k。
物理化學的研究方法是采用物理的方法測定反應系統(tǒng)某組分的濃度，所謂物理的方法是利用反應系統(tǒng)某組分或各組分的某些物理性質(zhì)（如體積、壓力、電動勢、折光率、旋光度等）與其有確定的單值函數(shù)關系的特征，通過測量系統(tǒng)中該物理性質(zhì)的變化，間接測量濃度變化。此種物理化學的實驗方法zui大的優(yōu)點是可以跟蹤系統(tǒng)某組分或各組分的物理性質(zhì)的變化，從而，不需要終止反應，便可以隨時測定某一時刻反應系統(tǒng)某組分或各組分的濃度。
在H2O2催化分解過程中t時刻H2O2的濃度可通過測量相應的時間內(nèi)分解放出的氧氣的體積得出。放出的氧氣的體積與分解了的H2O2的量成正比，其比例系數(shù)為定值。令V∞表示H2O2全部分解放出的氧氣的體積，V t表示H2O2在t時刻分解放出的氧氣體積，則：
co ∝V∞， ct ∝ （V∞－Vt）
將上述關系代入（14.3）式，得：
ln（V∞－Vt）= - kt + ln V∞ (14.4)
如果以ln（V∞－Vt）對t 作圖得一直線，即驗證是一級反應；由直線斜率m可求出速率常數(shù)k，m = - k 。 (14.4)為ln（V∞－Vt）～ -t的直線方程，式中V∞為H2O2全部分解放出的氧氣體積，反應溫度及KI濃度一定時，它不隨時間改變。實驗過程中只需要測定反應進行的不同時刻t時H2O2分解放出的氧氣體積t(若干個數(shù)據(jù))和反應終了時H2O2全部分解放出的氧氣體積V∞（一個數(shù)據(jù)），以ln（V∞－Vt）對t作圖得一直線，直線斜率為－k，用作圖法可求出反應速率常數(shù)k。
V∞也可以不測，由“數(shù)據(jù)處理”中介紹的方法計算得到。 因數(shù)據(jù)是等時間間隔記錄，按拉格朗日中值定理可知，
由此作出ln(dVt/dt)—t圖，數(shù)據(jù)結(jié)果具有很強的線性規(guī)律，求出直線的斜率m即可得到其反應速率常數(shù)k/min-1=－m。
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