物理化学实验讲义
实验六 过氧化氢的催化分解
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 （1） KIO→KI + O2 （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 （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
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t?0 c0 0 0
t?t ct?c0?x x ct?K(V??Vt) c0?KV?
1x 2V?—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
式中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??cH2O2VH2O2RT2p
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 一套
秒表 一块 量筒 10ml 一个 移液管 25 ml两支
10ml、5 ml各一支
容量瓶 100 ml 一个
锥形瓶 150 ml三个 250 ml两个
酸式滴定管50 ml 一支 图1 实验反应装置图
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2、试剂：H2O2 溶液 （~1.5 mol/L）
KMnO4溶液 （~0.02 mol/L）
0.1 mol/L KI 0.05 mol/L KI
3 mol/L H2SO 4
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？）并加入电磁搅拌棒。
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，同时开动停表计时，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，改变药品用量作以下实验： （1）25 ml 0.1 mol/L KI 加10 ml H2O2。 （2）25 ml 0.05 mol/L KI 加10 ml H2O2。
6、测定所用H2O2的准确浓度：H2O2浓度用已知浓度的KMnO4溶液滴定，由所用KMnO4的体积和浓度计算出H2O2浓度。其反应如下：
5H2O2 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 5O2
操作方法如下：用移液管取10 ml H2O2于100 ml容量瓶中，加蒸馏水冲淡至刻度，取其10 ml于250ml锥形瓶中，加3 mol/L H2SO4 5 ml(H2SO4起酸性介质作用)。用标准KMnO4溶液滴定，开始滴定时一定要缓慢，以后可稍快，（这是因为反应产物Mn2+起催化剂作用，为一自催化反应）。滴至溶液呈淡粉色为止。重复滴定两次，算出H2O2浓度。
五、实验数据记录与处理
温度： ℃ 大气压： kPa
KMnO4浓度： mol/L
KMnO4的体积：V1 ml V2 ml V ml
1、计算H2O2浓度：
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2、求V∞： 3、反应物的组成：
CKI/ mol.L-1 VKI/ml Ⅰ Ⅱ Ⅲ VH2O2/ml VH2O/ml
4、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
5、将三组结果分别以ln〔(V∞-Vt)/ ml〕为纵坐标，t/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。
6、从实验结果回答以下问题： （1）k值与所用H2O2浓度的关系。
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（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、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？ 2、测定H2O2催化分解反应速度常数k的意义？
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与那些因素有关？这些因素与你在实验中所得的k值有何关系？
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