1、實驗八過氧化氫的分解速率組員組員: :49812004 洪嘉駿洪嘉駿( (步驟步驟) ) 49812005 許丁才許丁才( (數據處理數據處理) ) 49812007 蔡宗廷蔡宗廷( (目的與原理和儀器目的與原理和儀器) )一、目的在定溫下，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)正催化劑1: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
2、低10 (2)均相催化2(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 1.酸中性下3: 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) 2.鹼性下4: OH-(aq) + H2O2(aq) HO2-(aq)
3、+ H2O(l) HO-2(aq) + H2O2(aq) O2(g) + OH-(aq) + H2O(l) 總反應: 2 H2O2(aq) O2(g) + 2 H2O(l) H2O2氧化過程為一級反應一級反應*圖片來源8 零級反應 一級反應 二級反應 斜率= -k 斜率= -k 斜率= k*表格來源7*圖片來源8影響反應速率因素91.反應物的本性 4.接觸面積2.濃度 5.催化劑3.溫度 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)，催化效果明顯，提高反應速率62.價格便宜3.為正催化劑H2O2加入催化劑(鹵化物
4、)的比較6H2O2在水溶液中為一弱酸，其酸常數(Ka)為2.410-12 (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- TS (熵與焓、溫度與亂度)推論:溶解度KI(S)KBr(S)KCl(S)KX(s) K+(aq)+X-(aq)的焓變化很相近 (H 31-32 kJ/mol) = G= H- TS =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)
5、82.59(JK-1mol-1)95.90(JK-1mol-1)106.32(JK-1mol-1)102.5(JK-1mol-1)56.5(JK-1mol-1)82.4(JK-1mol-1)111.3(JK-1mol-1)KX(s) K+(aq)+X-(aq)KClKBrKIS76.41(JK-1mol-1)89(JK-1mol-1)107.48(JK-1mol-1)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) *25時的反應速率常
6、數Cl-Br-k=1.110-4 M-2s-1k=2.210-2 M-2s-1k1k20.69 M-1s-1 10.5 M-2s-1三、藥品與儀器裝置儀器 藥品 1. 100ml燒杯*1 1.H2O22. 5、10ml移液管*1 2.KI3. 水準瓶*14. 安全吸球*15. 量器管100ml*16. 250ml錐形瓶*17. 100ml量筒*18. 溫度計*19. 恆溫槽*110.鍋子*1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10ml2. (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
7、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=重量，M=分子量，n=每單位解離數nMW/量氣管水準瓶3.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3%碘化鉀過氧化氫溶液35 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。7.催化
8、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1530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。ktOHOHolnV-VVln2222t以 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。tVVVln氧氣濃度與過氧化氫有下列關係：又可整理得下式:所以若以 對t作圖，應得一斜率為 的直線，如此亦可求出k。VtkVVtlog303. 2)log()log(loglogtVVektV10ln1log10e303. 2110ln
9、110loglogeee)log(tVV 303. 2k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:/ 維基百科:http:/zh.wikipedia.org/wiki/%E5%82%AC%E5%8C%96%E5%8A%913奇摩知識家:http:/ http:/ CHEMISTRY (THE CHINESE CHEM. SOC., TAIPEI) MAR. 2002 Vol. 60, No. 1, pp.119128 7維基百科:http:/zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%80%9F%E7%8E%87%E6%96%B9%E7%A8%8B8 Chemistry 112:http:/bilbo.chm.uri.edu/CHM112/lectures/lecture3.htm9奇摩知識家:http:/ http:/
