過氧化氫催化分解反應速率常數的測定 

一、實驗目的 

1. 測定過氧化氫催化分解反應速率常數； 

2. 掌握通過測量反應系統的體積跟蹤反應系統濃度從而研究反應速率的方法。 

二、實驗原理 

過氧化氫在沒有催化劑存在時，分解反應進行的很慢。加入催化劑能夠提高分解速率。過氧化氫分解反應的化學計量式如下： 

         H2O2(l) = H2O(l) + 1/2O2(g) 

若以KI為催化劑，在KI作用下催化分解步驟為： 

         KI(l) + H2O2(l) = KIO + H2O(l)   （慢）                    

         KIO = KI(l) + 1/2O2(g) 

由于*步的速率比第二步慢得多，所以，*步為反應的控制步驟。因而可以假定其反應的速率方程式為： 

                -dcA/dt =k’cKIcA 

式中，cA為反應系統中反應到t時刻H2O2濃度，因KI在反應過程中濃度不變，故上式可簡化為 

                - dIcA/dt = kIcA                                        （14.1） 

式中k=k’cKI, 將上式分離變量積分： 

當      t=0 時，   CA=C0 ；                     t=t 時，   CA=C t;

定積分式為： 

      AACCtAAkdtcdc00                                 （14.2） 

積分結果： 

       0lnlncktct???                             （14.3） 

式是tct~ln的直線方程。反應進行過程中，測定不同時刻 t 時反應系統中氧氣的濃度ct，取得若干組ct、t 的數據后，以lnct對t 作圖，得一直線，表明該反應為一級反應（準一級反應），直線斜率為-k。

物理化學的研究方法是采用物理的方法測定反應系統某組分的濃度，所謂物理的方法是利用反應系統某組分或各組分的某些物理性質（如體積、壓力、電動勢、折光率、旋光度等）與其有確定的單值函數關系的特征，通過測量系統中該物理性質的變化，間接測量濃度變化。此種物理化學的實驗方法zui大的優點是可以跟蹤系統某組分或各組分的物理性質的變化，從而，不需要終止反應，便可以隨時測定某一時刻反應系統某組分或各組分的濃度。 

    在H2O2催化分解過程中t時刻H2O2的濃度可通過測量相應的時間內分解放出的氧氣的體積得出。放出的氧氣的體積與分解了的H2O2的量成正比，其比例系數為定值。令V∞表示H2O2全部分解放出的氧氣的體積，V t表示H2O2在t時刻分解放出的氧氣體積，則： 

           co ∝V∞，   ct ∝ （V∞－Vt） 

將上述關系代入（14.3）式，得： 

                 ln（V∞－Vt）= - kt + ln V∞                           (14.4)

如果以ln（V∞－Vt）對t 作圖得一直線，即驗證是一級反應；由直線斜率m可求出速率常數k，m = - k 。 (14.4)為ln（V∞－Vt）～ -t的直線方程，式中V∞為H2O2全部分解放出的氧氣體積，反應溫度及KI濃度一定時，它不隨時間改變。實驗過程中只需要測定反應進行的不同時刻t時H2O2分解放出的氧氣體積t(若干個數據)和反應終了時H2O2全部分解放出的氧氣體積V∞（一個數據），以ln（V∞－Vt）對t作圖得一直線，直線斜率為－k，用作圖法可求出反應速率常數k。 

V∞也可以不測，由“數據處理”中介紹的方法計算得到。 因數據是等時間間隔記錄，按拉格朗日中值定理可知， 

由此作出ln(dVt/dt)—t圖，數據結果具有很強的線性規律，求出直線的斜率m即可得到其反應速率常數k/min-1=－m。