试验八过氧化氢的分解速率

實驗八過氧化氫的分解速率組員:49812004洪嘉駿(步驟)49812005許丁才(數據處理)49812007蔡宗廷(目的與原理和儀器)一、目的在定溫下，用不同濃度的催化劑(KI)催化H2O2並求得反應速率常數(測氧氣體積)二、原理1.催化劑2.過氧化氫的分解3.過氧化氫的級數(一級)4.為何使用KI當催化劑1.催化劑•定義:是參與化學反應和改變反應速率，而本身沒有質量和化學性質的改變•類別:(1)正催化劑[1]:可降低正、逆反應活化能，使正逆、反應速率增加負催化劑:可增加正、逆反應活化能，使正逆、反應速率降低[10](2)均相催化[2](homogeneouscatalysis):反應物和催化劑在同一相中反應非均相催化(heterogeneouscatalysis):反應物和催化劑在不同相中反應＊此實驗的催化劑為碘化鉀(KI)，為正催化劑和是以均相來催化反應物2.過氧化氫的分解過氧化氫在酸中性和鹼性反應過程不同1.酸中性下[3]:H2O2(aq)+2H+(aq)+2e-→2H2O(l)H2O2(aq)→O2(g)+2H+(aq)+2e-總反應:2H2O2(aq)→O2(g)+2H2O(l)2.鹼性下[4]:OH-(aq)+H2O2(aq)→HO2-(aq)+H2O(l)HO-2(aq)+H2O2(aq)→O2(g)+OH-(aq)+H2O(l)總反應:2H2O2(aq)→O2(g)+2H2O(l)H2O2氧化過程為一級反應一級反應*圖片來源[8]零級反應一級反應二級反應斜率=-k斜率=-k斜率=k*表格來源[7]*圖片來源[8]影響反應速率因素[9]1.反應物的本性4.接觸面積2.濃度5.催化劑3.溫度6.壓力影響反應速率常數因素1.反應物本性(活化能)2.溫度3.催化劑4.為何使用KI當催化劑1.因為使用鹵化鉀(特別是KI)，催化效果明顯，提高反應速率[6]2.價格便宜3.為正催化劑H2O2加入催化劑(鹵化物)的比較[6]H2O2在水溶液中為一弱酸，其酸常數(Ka)為2.4×10-12(25℃)H2O2(aq)→H+(aq)+HO2-(aq)H2O2為熱力學不穩定化合物，會自動分解2H2O2(aq)→2H2O(l)+O2(g)(△G°=-116.8kJ/molH2O2)△G=△H-T△S(熵與焓、溫度與亂度)推論:溶解度KI(S)KBr(S)KCl(S)•KX(s)→K+(aq)+X-(aq)的焓變化很相近(△H∼31-32kJ/mol)=△G=△H-T△S=所以比較KX(s)熵(熵與溶解度有關)KCl(S)KBr(S)KI(S)K+(aq)Cl-(aq)Br-(aq)I-(aq)82.59(JK-1mol-1)95.90(JK-1mol-1)106.32(JK-1mol-1)102.5(JK-1mol-1)56.5(JK-1mol-1)82.4(JK-1mol-1)111.3(JK-1mol-1)KX(s)→K+(aq)+X-(aq)KClKBrKI△S76.41(JK-1mol-1)89(JK-1mol-1)107.48(JK-1mol-1)•H2O2與X-離子(X=Cl或Br)在水溶液中之反應須在酸催化下才有較快的反應機制:H2O2+X-+H+→HOX+H2O(慢)H2O2+HOX→O2+X-+H++H2O(快)*25℃時的反應速率常數Cl-Br-k=1.1×10-4M-2s-1k=2.2×10-2M-2s-1k1k20.69M-1s-110.5M-2s-1三、藥品與儀器裝置•儀器˙藥品1.100ml燒杯*11.H2O22.5、10ml移液管*12.KI3.水準瓶*14.安全吸球*15.量器管100ml*16.250ml錐形瓶*17.100ml量筒*18.溫度計*19.恆溫槽*110.鍋子*1實驗步驟1.將恆溫槽設定在35℃(1)配製0.05N及0.1N碘化鉀溶液各10ml2.(2)配製3%過氧化氫溶液5ml(1)配置0.05N及0.1N碘化鉀(166.01g/mol)溶液。0.05N：取0.083g碘化鉀溶於10ml水中。0.1N：取0.166g碘化鉀溶於10ml水中。(2)配製3%過氧化氫(34.2g/mol)溶液。取0.86ml35%H2O2溶液稀釋至10ml。＊當量數(Eq)=W=重量，M=分子量，n=每單位解離數nMW/量氣管水準瓶3.注意各接頭是否接緊!!4.將水準瓶中加入適量水，使水面與量氣管頂端刻度相等，用手舉著。Tip:盡量與0刻度同高為起始點3%碘化鉀過氧化氫溶液→35℃5.吸量管吸5ml3%H2O2溶液，注入置於恆溫槽中之錐形瓶。6.吸量管吸10ml0.05NKI(催化劑)，迅速注入瓶內塞回橡皮塞，放回恆溫槽中並激烈震盪。7.催化劑一注入即開始計時，每30秒紀錄一次產生的O2體積，至O2體積不再增加為止(通常須要15~30分鐘)。8.將錐形瓶移至45℃水浴加溫數分鐘後放回恆溫槽(保持密閉)，穩定後調整水面等高，記錄此時O2體積為V∞。9.改用0.1N碘化鉀溶液做催化劑，重複所有步驟。ktOHOHo][][lnV-VVln2222t以對時間t作圖，可得一斜率為k之直線，可求得反應速率常數k。tVVVln氧氣濃度與過氧化氫有下列關係：又可整理得下式:所以若以對t作圖，應得一斜率為的直線，如此亦可求出k。VtkVVtlog303.2)log()log(loglogtVVektV10ln1log10e303.2110ln110loglogeee)log(tVV303.2k四、數據及結果計算過程:斜率=-0.0015斜率=-k/2.303=-0.0015k=0.00345(反應速率常數)計算過程:斜率=-0.0025斜率=-k/2.303=-0.0025k=0.00575(反應速率常數)參考資料[1].奇摩知識家:=1306040708819[2].維基百科:[3]奇摩知識家:=1004122803866[4]奇摩知識家:=20070121235941AAVnn7q[5]奇摩知識家:=1306031200749[6]張毓禎;何金昭;徐宜廷;邱一峰;卓靜哲;CHEMISTRY(THECHINESECHEM.SOC.,TAIPEI)MAR.2002Vol.60,No.1,pp.119~128[7]維基百科:[8]Chemistry112:[9]奇摩知識家:=1105042108239[10]=%E6%B4%BB%E5%8C%96%E8%83%BD&start=325&hl=zhTW&gbv=2&tbm=isch&tbnid=19V74VysBXn04M:&imgrefurl==HPqulymrdeXvIM&imgurl==300&h=263&ei=rB9QT8aKN8HnmAWNqtCBCg&zoom=1&iact=rc&dur=264&sig=104959698188877275895&page=7&tbnh=143&tbnw=167&ndsp=55&ved=1t:429,r:10,s:325&tx=119&ty=122&biw=1920&bih=976