實驗八過氧化氫分解速率49712030 彭琡媛 原理 公式推導 49712030 詹奇君 實驗 藥品 步驟

一 原理及目的

此實驗目的是為了 : 測定 H2O2 分解反應的速率常數與級數，並了解一 級

反應的特性。 H2O2 分解反應若沒有催化劑，反應會很緩慢，所

以本實驗用 KI 溶液作為催化劑使之反應增快速率。

以下為反應式 : H2O2→H2O ＋ 1/2O2 　（ 1 ） H2O2 在 KI 的作用下的催化分解 按下列步驟進行： 　 KI ＋ H2O2→KIO ＋ H2O （慢）（ 2 ） KIO→KI ＋ 1/2O2 （快）　（ 3 ） 所以反應速率取決於 <2>

其速率方程式表達為 :

又因为 KI 不斷再生，即 CKI 保持不變

將上式積分 :

Ct ：反應到 t 时刻 H2O2 的濃度 C0 ： H2O2 初始濃度

假設理想狀態下 PV=nRT H2O2→H2O ＋ 1/2O2 （ 1 ）

(V∞ 为 O2 全反應的體積 V 反應反應產生 O2 體積）

(Vt 在 t 時刻 H2O2 分解 O2 體積 )

ktOH

OH

VV

V

t

][

][lnln

22

022

代入

Vtk

VV t log303.2

)log(

ktOH

OH

VV

V

t

][

][lnln

22

022

我們可以對 t 做圖得一直線斜率為 -k/2.303 ，就可以推知反應速率常數。

二 . 藥品與儀器裝置

儀器

• 100ml 燒杯 *1• 5 ， 10ml 移液管 各 *1• 水準瓶 *1• 安全吸球 *1• 量氣管 (100ml) *1• 250ml 錐形瓶 *1• 100ml 量筒 *1• 溫度計 *1• 恆溫槽 *1• 銅鍋 *1

藥品

• H2O2

• KI ← 催化劑

性質化學式 KI

摩爾質量 166.00 g·mol−1

外觀 白色晶體

密度 3.13 g/cm3

熔點 681 °C (954 K)

沸點 1330 °C (1603 K)

溶解度 ( 水 ) 128 g/100 ml (6 °C)

碘化鉀

性質化學式 H2O2

摩爾質量 34.0147 g·mol−1

外觀 淡藍色液體溶液無色

密度 1.463 g/cm3 ( 液 )

熔點 -0.43 °C (273 K)

沸點 150.2 °C (423.35 K)

過氧化氫

分解反應過氧化氫可自發分解歧化生成水和氧氣：

藥品資訊

圖一 . 測定裝置

三 . 實驗步驟

目的 :1. 單位時間所產生的 O2 體積 (Vt)

2. 總共產生的 O2 體積 (V∞)

將恆溫槽設定 35℃

配製 (1):0.05N 、 0.1N KI 溶液配置 (2):3%H2O2 溶液

裝設裝置 ( 圖一 )＊接口不漏氣

加水入水準瓶並使水面與量氣管最高刻度等高

取 5ml 3% H2O2 溶液於錐形瓶 ( 於恆溫槽 )

錐形瓶拿離恆溫槽迅速加入 10ml 0.05N KI 後塞上皮塞 ( 開始產生 O2)

放回恆溫槽後，不停搖晃錐形瓶使溶液反應平均

催化劑一加入後，每隔 30 秒紀錄一次 O2 所產生的體積 V1

※ 水準瓶和量氣管的水面隨時保持等高

直至氧氣體積不再增加為止，約需 15~30min

將錐形瓶移離恆溫槽後置於 45℃水浴加溫數分鐘再放回恆溫槽 (此步驟約 10~15分鐘 )

等穩定後，調整水準瓶與量氣管的水面等高紀錄此時氧氣體積為 V∞

→改用 0.1N KI 溶液作為催化劑，再重複上述步驟一次。

藥品配置

0.05N KI solution0.083g KI 固體溶於 10ml 水中

0.1N KI solution0.166g KI 固體溶於 10ml 水中

3% H2O2 solution或者取 35% H2O2(aq) 0.857mL 加水稀釋至 10mL

四 . 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(min) 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

log(V∞-Vt) 1.932 1.898 1.843 1.799 1.760 1.716 1.672 1.623 1.574 1.512

0 5 10 15 20 25 30 350.000

0.500

1.000

1.500

2.000

2.500

f(x) = − 0.0152891068087969 x + 1.98511785838989R² = 0.997367142936456

反應速率常數 K

t(min)

log(V

∞-V

t)

)0.035(K 2.303

K-0.0153-

)(2.303

K-

)-0.0153(

反應速率常數

公式

最小平方誤差法斜率

計算 0.05M – KI 下 H2O2 之反應速率 K

必須要用” sec” 為 X 軸

催化劑 0.10M-KI

V∞(ml) 55

Vt(ml) 8.4 15.1 20.2 26.1 30.5 34.0 37.4 41.5 43.5 45.0

V∞-Vt(ml) 46.6 39.9 34.8 28.9 24.5 21.0 17.6 13.5 11.5 10.0

t(min) 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30

log(V∞-Vt) 1.67 1.60 1.54 1.46 1.39 1.32 1.25 1.13 1.06 1.00

0 5 10 15 20 25 30 350.00

0.50

1.00

1.50

2.00

f(x) = − 0.0253873299580962 x + 1.7608674997927R² = 0.996184332449639

反應速率常數 K

t(min)

log(V

∞-V

t)

)0.058(K' 2.303

K'-0.0254-

)(2.303

K'-

)-0.0254(

反應速率常數

公式

最小平方誤差法斜率

計算 0.10M – KI 下 H2O2 之反應速率 K’

必須要用” sec” 為 X 軸

資料來源http://chem1.csu.edu.tw/chemnew/azzlab.asp?ACT=%B9L%AE%F1

%A4%C6%B2B%AA%BA%A4%C0%B8%D1%B3t%B2v&ACT1=%AA%AB%B2z%A4%C6%BE%C7%B9%EA%C5%E7%AB%C7

http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5http://www.scu.edu.tw/chem/e-handouts/general02/general-14.pdf