Transcript 實驗八過氧化氫的分解速率

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
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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
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
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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]
(1)正催化劑 :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]
(2)均相催化 (homogeneous catalysis):反
應物和催化劑在同一相中反應
非均相催化(heterogeneous catalysis):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
[3]
1.酸中性下 :
H2O2(aq) + 2 H+(aq) + 2e- → 2H2O(l)
H2O2(aq) → O2(g) + 2 H+(aq) + 2 e總反應: 2 H2O2(aq) → O2(g) + 2 H2O(l)
[4]
2.鹼性下 :
OH-(aq) + H2O2(aq) → HO2-(aq) + H2O(l)
HO-2(aq) + H2O2(aq) → O2(g) + OH-(aq) + H2O(l)
總反應: 2 H2O2(aq) → O2(g) + 2 H2O(l)
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H2O2氧化過程為一級反應
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
一級反應

*圖片來源[8]
*表格來源[7]
零級反應
斜率= -k
一級反應
斜率= -k
*圖片來源[8]
二級反應
斜率= k
影響反應速率因素
[9]
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
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1.反應物的本性
2.濃度
3.溫度
4.接觸面積
5.催化劑
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
[6]
明顯，提高反應速率
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
2 H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) (△G°=-116.8 kJ/mol
H2O2 )
△G= △H- T△S (熵與焓、溫度與亂度)
•
KX(s)→ K+(aq)+X-(aq)的焓變化很相近
(△H∼31-32 kJ/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
95.90
106.32 102.5
56.5
82.4
111.3
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
KX(s)→ K+(aq)+X(aq)
△S
(JK-1mol-1)
KCl
KBr
KI
76.41
89
107.48
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
(JK-1mol-1)
推論:溶解度KI(S)>KBr(S)>KCl(S)
•
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)
ClBrk=1.1×10-4 M-2s-1 k=2.2×10-2 M-2s-1
*25℃時的反應速率常數

k1
k2
0.69 M-1s-1
10.5 M-2s-1
三、藥品與儀器裝置
儀器
1. 100ml燒杯*1
2. 5、10ml移液管*1
3. 水準瓶*1
4. 安全吸球*1
5. 量器管100ml*1
6. 250ml錐形瓶*1
7. 100ml量筒*1
8. 溫度計*1
9. 恆溫槽*1
10.鍋子*1
•
˙藥品
1.H2O2
2.KI
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10ml
2.
(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0.86ml 35% H2O2 溶液稀釋至10ml。
＊當量數(Eq)=
W
M /n
W=重量，M=分子量，n=每單位解離數
3.
量氣管
水準瓶
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
5.吸量管吸5ml 3% H2O2溶液，注入置
於恆溫槽中之錐形瓶。
6.吸量管吸10ml 0.05N KI(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。
3%碘化鉀
過氧化氫溶液
→35 ℃
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。
氧氣濃度與過氧化氫有下列關係：
V
ln
V - Vt
以 ln
V
V  Vt
 ln
[ H 2 O 2 ]o
 kt
[ H 2O 2 ]
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。
又可整理得下式:
log( V   V t ) 
k
t  log V 
2 . 303
log V   kt log e  log( V   V t )
log
10
e
1
ln 10

log
e
e
log e10

1
ln 10

1
2 . 303
所以若以 log( V   V t ) 對t作圖，應得一斜率為
k
的直線，如此亦可求出k。
2 . 303
四、數據及結果
計算過程:
斜率 = -0.0015
斜率 = -k /2.303 = -0.0015
k = 0.00345 (反應速率常數)
計算過程:
斜率 = -0.0025
斜率 = -k /2.303 = -0.0025
k = 0.00575 (反應速率常數)
參考資料
[1].奇摩知識家: http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1306040708819
[2]. 維基百科:http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%AC%E5%8C%96%E5%8A%91
[3]奇摩知識家:http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1004122803866
[4]奇摩知識家:http://answers.yahoo.com/question/index?qid=20070121235941AAVnn7q
[5]奇摩知識家: http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1306031200749
[6]張毓禎;何金昭;徐宜廷;邱一峰;卓靜哲; CHEMISTRY (THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI)
MAR. 2002 Vol. 60, No. 1, pp.119~128
[7]維基百科:http://zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%80%9F%E7%8E%87%E6%96%B9%E7%A8%8B
[8] Chemistry 112:http://bilbo.chm.uri.edu/CHM112/lectures/lecture3.htm
[9]奇摩知識家:http://tw.knowledge.yahoo.com/question/question?qid=1105042108239
[10]
http://www.google.com/imgres?q=%E6%B4%BB%E5%8C%96%E8%83%BD&start=325&hl=zhTW&gbv=2&tbm=isch&tbnid=19V74VysBXn04M:&imgrefurl=http://222.216.3.183/dwswhx/courseweb1/chapter3/3-2-
2.htm&docid=HPqulymrdeXvIM&imgurl=http://222.216.3.183/dwswhx/courseweb1/jpg/2/2-3t3.jpg&w=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