物理化学实验讲义.docx
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物理化学实验讲义
实验六过氧化氢的催化分解
一、实验目的
1、测定一级反应速率常数k,验证反应速率常数k与反应物浓度无关。
2、通过改变催化剂浓度试验，得出反应速率常数k与催化剂浓度有关。
二、实验原理
H2O2在常温的条件下缓慢分解，在有催化剂的条件下，分解速率明显加快，其反
应的方程式为：
出02=H2O+1/2O2
在有催化剂（如KI）的条件下，其反应机理为：
H2O2+KI—KIO+H20
（1）
KIO—KI+O2
（2）
其中
（1）的反应速度比
（2）的反应速度慢，所以H2O2催化分解反应的速度主要由
（1）决定，如果假设该反应为一级反应，其反应速度式如下：
-dcH2O2/dt=kcKICh2o2（3）
在反应的过程中，由于KI不断再生，故其浓度不变，与k合并仍为常数，令其等
于k上式可简化为：
-dCH2O2/dt=kCH2O2（4）
积分后为：
In（g/c。
）=-kt（5）
Co---H2O2的初始浓度
Ct----反应到t时刻的H2O2浓度
k----KI作用下，H2O2催化分解反应速率常数
反应速率的大小可用k来表示，也可用半衰期切2来表示。
半衰期表示反应
物浓度减少一半时所需的时间，即c二c°/2代入（5）式得：
切2=（In2）/k
关于t时刻的H2O2浓度的求法有许多种，本实验采用的是通过测量反应所生成的氧的体积量来表示，因为在分解的过程中，在一定时间内，所产生的氧的体积与已分解的H2O2浓度成正比，其比例常数是一定值即
1
H202=H2002
2
t=0c000
1
t=t^=5—'Xxx
2
Ct=K—Vt）
C0二KV：
V:
—H2O2全部分解所产生的氧气的体积
Vt----反应到t时刻时，所产生的氧气的体积x—反应到t时刻时，H2O2已分解的浓度
式中K为比例常数，将此式代入速率方程式中，可得到：
lnG/CIn（V：
：
—Vt）/Vj=「kt即:
ln（V：
：
-«）=—ktlnV：
如果以t为横坐标,以In（V：
-Vt）为纵坐标，若得到一直线，即可验证H2O2催化分解反应为一级反应，由直线的斜率即可求出速率常数k值。
CH2O2VH2O2RT
V：
：
而V:
可通过测定H2O2的初始浓度计算得到。
公式如下：
2p
p—氧的分压，由大气压减去该实验温度下水的饱和蒸气压（查表）
Ch2o2—H2O2的初始浓度
VH2O2—实验中所取用的H2O2的体积
R—气体常数
T—实验温度K
三、实验仪器与试剂
1、仪器：
氧气的测量装置一套
秒表一块
量筒10ml—个
移液管25ml两支
10ml、5ml各一支
容量瓶100ml一个
锥形瓶150ml三个250ml两个
2、试剂：
H2O2溶液（~1.5mol/L）KMnO4溶液（~0.02mol/L）0.1mol/LKI0.05mol/LKI
3mol/LH2SO4
四、实验步骤
1、装好仪器（图1）。
熟悉量气管及水平管的使用，使锥形瓶与量气管相通，造成液差，检查系统是否漏气。
2、固定水平管使量气管内水位固定在“0”处，转动三通活塞使量气管与锥形瓶连通。
3、用移液管取25ml0.1mol/LKI及5ml蒸馏水注入洗净烘干的锥形瓶中。
（为什么要干的？
）并加入电磁搅拌棒。
4、用移液管取5mlH2O2注入瓶中，速将橡皮塞塞紧，开动电磁搅拌器，同时开
动停表计时，此后保持量气管与水平管中的水在同一平面上，每放出5ml氧气记录一
次时间，至放出50ml氧气为止。
5、按照同样方法，改变药品用量作以下实验：
（1）25ml0.1mol/LKI加10mlH2O2。
（2）25ml0.05mol/LKI加10mlH2O2。
6测定所用H2O2的准确浓度：
H2O2浓度用已知浓度的KMnO4溶液滴定，由所用KMnO4的体积和浓度计算出H2O2浓度。
其反应如下：
5H2O2+2KMnO4+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+8H2O+5O2
操作方法如下：
用移液管取10mlH2O2于100ml容量瓶中，加蒸馏水冲淡至刻度，取其10ml于250ml锥形瓶中，加3mol/LH2SO45ml（H2SO4起酸性介质作用）。
用标准KMnO4溶液滴定，开始滴定时一定要缓慢，以后可稍快，（这是因为反应产物Mn2+起
催化剂作用，为一自催化反应）。
滴至溶液呈淡粉色为止。
重复滴定两次，算出H2O2
浓度。
五、实验数据记录与处理
温度：
C大气压：
kPa
KMnO4浓度：
mol/L
KMnO4的体积：
V1mlV2mlVml
1、计算H2O2浓度:
2、求VI
3、反应物的组成:
I
n
Cki/mol.L
VKi/ml
VH2O2/ml
VH2°/ml
4、各组反应实验记录:
时间t/min
I
n
ln〔（V-Vt）/ml〕
V°2/ml
5mlH2O2
10mlH2O2
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
k/min-1
t1/2/min
5、将三组结果分别以In〔（Va-Vt）/ml〕为纵坐标，t/min为横坐标作图，由直线斜率m求反应速度常数k值及半衰期ti/2，并将结果填入上表。
6从实验结果回答以下问题：
（1）k值与所用H2O2浓度的关系
（2）切2（半衰期）与H2O2浓度的关系。
（3）k值与所用KI浓度的关系。
六、思考题
1、在反应的过程中，搅拌起什么作用，搅拌情况为什么均应相同？
2、测定H2O2催化分解反应速度常数k的意义？
3、H2O2催化分解为什么是一级反应？
一级反应的特征是什么？
如何由作图法求反应速度常数k？
4、分析反应速度常数k与那些因素有关？
这些因素与你在实验中所得的k值有何关系？
实验七乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
一、实验目的
用电导法测定乙酸乙酯皂化反应在不同时刻的反应物浓度，验证其为二级反应并
求反应速度常数。
二、实验原理
乙酸乙酯皂化，是双分子反应，其反应式为：
CH3COOC2H5+Na+OH—CH3C00_Na++C2H5OH
在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变，不同反应时间的OH「的浓度，可以
用标准酸进行滴定求得，也可以通过间接测量溶液的电导率而求出。
为了处理方便起见，在设计这个实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH采用相同浓度c,作为起始浓度。
设反应时间为t,反应所生成的CH3COONa和C2H5OH的浓度为x,那麽，CH3COOC2H5和NaOH的浓度则为（c—x），即
CH3COOHC2H5NaOH二
CHaCOONaC2H5OH
t=0
c
c
0
0
t=t
c-x
c-x
x
x
ts
0
0
xfcx—C
因是双分子反应，所以时间为t的反应速度和反应物浓度的关系为
2
dx/dt=k（c-x）
（1）
式中：
k为反应速率常数。
将上式积分可得：
kt=x/c（c-x）
（2）
从式
（2）中可看出，原始浓度c是已知的，只要测出t时的x值，就可算出反应速度常数k值。
首先假定整个反应体系是在稀释的水溶液中进行的，因此可以认为CH3COONa是全部电离的，在本实验中我们用测量溶液的电导率求算x值的变化，参
与导电的离子有Na+、OH-、和CH3COO-,而Na+在反应前后浓度不变，由于OH-不断减少而CH3COO-不断增加，所以，体系的电导值不断下降。
显然，体系电导值的减少量和CH3COONa的浓度x的增大成正比，即：
t=t时x=K（G°—GJ二K'S一「）（3）
t-x时c=K（G°-GQ二K'S一=）（4）
式中：
Go>■■0为起始时的电导、电导率，Gt、't为t时的电导、电导率;
G：
：
、一:
为t-x时的电导率；k、k'为比例常数。
将（3）（4）式代入⑵式得
（Go-Gt）o-t
ckt或ckt（5）
（Gt-G：
J'■t-■■：
：
从方程式（5）可知，只要测定了-.0、■…以及一组"值以后，用二对t作图,瓷t—电
四、实验步骤
1、电导仪的调节:
2、—和■-o的测量:
用0.0100mol/L的CHsCOONa装入干净的试管中如图1所示，液面约高出铂黑片
1厘米为宜。
浸入25°C（或30°C）恒温槽内10分钟，然后接通电导仪，测定其电导，
即为'=。
按上述操作，测定0.0100mol/L的NaOH溶液的电导为“
测量时，每一种溶液都必须重复3次取平均值。
注意每次往电导池中装新样品时,都要先用蒸馏水淋洗电导池及铂黑电极三次，接着用所测液淋洗三次。
3、'-t的测量
将电导池的铂黑电极浸于另一盛有蒸馏水的试管中，并置于恒温槽恒温。
用移液
管移取15毫升0.0200mol/LNaOH溶液注入干燥试管中，用另一移液管移取15毫升
0.0200mol/LCH3COOC2H5注入另一试管中，两试管的管口均用塞子塞紧，防止CH3COOC2H5挥发。
将试管置于恒温槽中恒温10分钟。
将两试管中的溶液混合在一只试管中，将铂黑电极从恒温的蒸馏水中取出并用该混合液淋洗数次，随即插入盛有混合液的试管中进行电导时间测定，每隔5分钟测量一次，半小时后，每隔10分钟测量一次，反应进行到1小时后可停止测量。
测量结束后，重新测量；：
，看是否与反应前测量的值一致，实验结束后，应将铂
黑电极浸入蒸馏水中。
试管洗净放入烘箱。
五、数据处理
1、计算'-0、■二的平均值。
项廿次数
1
2
3
平均
1
k0/mScm
忙乞/mScm」
2、将t、\>'■0-■t、■t-■二、（■0-'■t）/（'■t-列成数据表
项目分
5
10
15
20
25
30
40
50
60
叫/mScmJ
佯0—K：
t）/mScm
（气-Q/mScm°
（%—%）/（叫七）
3、以（\-\）/（\--：
：
）对t作图，得一直线。
由直线的斜率m算出反应速率常数k
六、思考题
1、为何本实验要在恒温条件下进行，而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温。
2、如果NaOH和CH3COOC2H5起始浓度不相等，试问应怎样计算k值？
3、如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？
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