計算0.05M – KI下H 2 O 2 之反應速率K

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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)
代入
V
[ H 2O 2]0
ln
 ln
 kt
V  Vt
[ H 2O 2]
k
log(V  Vt ) 
t  log V
2.303
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。
ln
V
[ H 2O 2]0
 ln
 kt
V  Vt
[ H 2O 2]
二. 藥品與儀器裝置
儀器
• 100ml燒杯 *1
• 5,10ml移液管
• 水準瓶
• 安全吸球
• 量氣管(100ml)
• 250ml錐形瓶 *1
• 100ml量筒 *1
• 溫度計
• 恆溫槽
• 銅鍋
*1
藥品
各*1
*1
*1
*1
*1
*1
• H 2O 2
• KI
←催化劑
藥品資訊
碘化鉀
過氧化氫
性質
性質
化學式
H2O2
化學式
KI
摩爾質量
34.0147 g·mol
摩爾質量
166.00 g·mol
外觀
淡藍色液體
溶液無色
外觀
白色晶體
密度
3
1.463 g/cm (液)
密度
3.13 g/cm
熔點
-0.43 °C (273 K)
熔點
681 °C (954 K)
沸點
沸點
1330 °C (1603 K)
150.2 °C
(423.35 K)
溶解度(水)
−1
3
128 g/100 ml (6
°C)
−1
分解反應
過氧化氫可自發分解歧化生成水和氧氣:
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 solution
0.083g KI 固體溶於10ml水中

0.1N KI solution
0.166g 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
計算0.05M – KI下H2O2之反應速率K
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
反應速率常數K
y = -0.0153x + 1.9851
R² = 0.9974
2.500
log(V∞-Vt)
2.000
1.500
1.000
0.500
0.000
0
5
10
必須要用”sec”為X軸
15
20
t(min)
25
30
35
斜率  -0.0153(最小平方誤差法)
-K

(公式)
2.303
-K
 - 0.0153
2.303
 K  0.035(反應速率常數)
計算0.10M – KI下H2O2之反應速率K’
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
log(V∞-Vt)
反應速率常數K
1.80
1.60
1.40
1.20
1.00
0.80
0.60
0.40
0.20
0.00
0
5
10
必須要用”sec”為X軸
15
20
t(min)
y = -0.0254x + 1.7609
R² = 0.9962
25
30
35
斜率  -0.0254(最小平方誤差法)
- K'

(公式)
2.303
- K'
 - 0.0254
2.303
 K'  0.058(反應速率常數)
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%A
4%C6%BE%C7%B9%EA%C5%E7%AB%C7
http://zh.wikipedia.org/wiki/Wikipedia:%E9%A6%96%E9%A1%B5
http://www.scu.edu.tw/chem/e-handouts/general02/general-14.pdf

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