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實驗八 過氧化氫的分解速率
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實驗八 過氧化氫的分解速率
組員 : 49812023 蕭群達 ( 公式推導、數據處理 )
49812035 陳怡欣 ( 儀器、步驟、 ppt 製作 )
49812054 李韋賢 ( 目的、原理 )
目的了解催化劑功用
利用過氧化氫生成氧氣的反應,加入催化劑後利用作圖來求出反應常數 k
原理
過氧化氫在中性或酸性溶液中的分解速率為一級反應
催化劑分為兩類
1. 正催化劑 ( 使反應加快 )ex: 二氧化錳、碘化鉀2. 負催化劑 ( 使反應變慢 )ex: 苯甲酸
1. 可改變反應速率,但是如果反應不作用,加催化劑後仍然不作用。
2. 催化劑不能改變反應後生成物的量。
3. 可逆反應中,催化劑會同時增加正反應及逆反應的速率,所以原本已達平衡的反應不會因此而改變。
4. 催化劑有選擇性
5. 反應前後,催化劑的化學組成不變,質量也不變。
催化劑的重要特性:
一級反應速率定律式 r = k[A]反應速率 r 和濃度 [A] 成正比
濃度 - 時間關係式
濃度 - 時間關係圖2.303
kt
[A]
[A]log
0
H2O2(aq) + I-(aq) → H2O(l) + IO-
(aq) (緩慢 )
H2O2(aq) + IO-(aq) → H2O(l) + O2(g) + I-
(aq) (快速 )
2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) (全反應 )
其反應速率定率式為: Rate = k[H2O2][ I- ]
因為此次實驗 [ I- ] 為固定值,所以 :
Rate = k’[H2O2] k’=k[ I- ]
H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H+
(aq) → 2H2O(g) + I2(s)
若想去除所生成的碘 I2 ,以加入碳酸鈉的方式,使碘 I2 在鹼性環境中進行自身氧化還原反應而消失。
其反應式如下: 3I2(s) + 6OH-
(aq) → IO3-(aq) + 5I- (aq)+ 3H2O(aq)
實驗上的副反應
1.反應物的本性
2.濃度
3.溫度 - 通常溫度升高十度 C ,反應速率增加一倍。
4.接觸面積-與接觸面積大小成正比,和顆粒大小成反比5.催化劑
6.壓力-針對氣體的反應物而言,壓力愈大,反應速率愈快。7.活化能-反應物所需活化能高,反應速率越慢。
影響反應速率的因素有 :
儀器
水準瓶量氣管 恆溫槽 錐形瓶
儀器100ml 燒杯 一個5 , 10ml 移液管 各一支安全吸球 一個100ml 量筒 一個溫度計 一支
藥品過氧化氫 化學式: H2O2
莫爾質量: 34.0147g/mol 外觀:淡藍色液體,溶液無色 可自發分解生成水或氧氣 在水溶液中可氧化或還原無機離子。做還原劑時產物為氧氣;
做氧化劑時產物為水 氧化劑: 2Fe2+
(aq)+H2O2+2H+(aq) 2Fe3+
(aq)+2H2O(l)
還原劑: NaClO+H2O2 O2+NaCl+H2O
碘化鉀 化學式: KI 莫爾質量: 166.01g/mol 外觀:白色晶體 碘離子可被強氧化劑氧化為 I2
2KI(aq)+Cl2(aq) 2KCl+I2(aq)
KI 和單質碘反應可以形成 I 3− , I3
− 鹽易溶於水,並且可以通過
下列反應使碘用於氧化還原滴定 2KI(aq)+I2(s) KI3(aq)
藥品配置3 %過氧化氫 (H2O2)
取 10ml 的 30 % H2O2 ,加水稀釋到 100ml
(30 % * 10ml = 3 % * 100ml)
碘化鉀 (KI :166.01g/mol) 0.05N: 取 0.83g KI 溶於 100ml 水中
0.1N: 取 1.66g KI 溶於 100ml 水中
實驗應用原理連通管原理
在液體容器底部都相通的裝置,當液體靜止時,各容器的液面必在同一水平面。且同一水平面時,其所受壓力相同。
實驗步驟1. 將恆溫槽設定在 35℃ 。2. 架設裝置,且確定每一 接口密閉。
量氣管
水準瓶
改成恆溫槽
錐形瓶
3. 水準瓶中加入適量水,使瓶內水面與量氣管頂端刻度相等。
4. 用吸量管吸 5ml 3% 的 H2O2 注入錐形瓶, 並放置恆溫槽中恆溫
5. 吸量管吸取 10ml 0.05N 的 KI( 催化劑 ) ,迅速注入錐形瓶內塞回橡皮塞 ( 反應開始進行 ) ,放回恆溫槽中,並激烈 震盪, 使溶液均勻反應。
6. 催化劑一注入就開始計時, 每隔 30 秒紀錄一次氧氣的體積 Vt 。直至氧氣不再增加, 約需 15~30 分鐘。 ( 水準瓶與量氣管的水面須隨時保持等高 )
7. 恆溫槽加溫至 45 ℃ ,待溫度穩定,調整水準瓶與量氣管的水面高,記錄此時氧氣的體積 V ∞ 。
8. 改用 0.1N 的 KI 做為催化劑,重複步驟4~7 。
誤差水準瓶由人為控制,且只用目測判斷
其液面,兩端液面壓力可能不相等裝置可能有漏氣的產生 (ex: 連接管、
接口處 )並非整組裝置都在 35℃ 下進行在 45 ℃ 下不一定完全反應完
公式推導
移項
移除 d
2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)
忽略液體體積變化
又 PV=nRT
時間為 t 時的氧氣體積
反應平衡時的氧氣體積
2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)
數據及結果催化劑 0.05M KI
V∞ (ml) 93
Vt(ml) 7.5 14.0 23.4 30.0 35.5 41.0 46.0 51.0 55.5 60.5
V∞-Vt(ml) 85.5 79.0 69.6 63.0 57.5 52.0 47.0 42.0 37.5 32.5
t( 秒 ) 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800
log(V∞-Vt)1.93
21.89
81.84
31.79
91.76
1.716
1.672
1.623
1.574
1.512
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18001
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
2
f(x) = − 0.000254818446813281 x + 1.98511785838989R² = 0.997367142936456
log(V∞-Vt) V.S. 時間 (Sec)
時間 (Sec)
log(V∞-Vt)
參考資料 http://
www3.ksvs.kh.edu.tw/chem/chem/fresh/96-Peggy/Chemistry/index.html
http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=17725 http://baike.baidu.com/view/366594.htm http://zh.wikipedia.org/wiki/%
E8%BF%87%E6%B0%A7%E5%8C%96%E6%B0%A2維基百科
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A2%98%E5%8C%96%E9%92%BE維基百科
The End~~~~