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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. 在定溫下，用 不同濃度的催化劑 (KI) 催化 H 2 O 2 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 :

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實驗八 過氧化氫的分解速率

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  1. 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)

  2. 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)

  3. 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

  4. 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、反應速率降低 [10]

  5. (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

  6. 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:2H2O2(aq) → O2(g) + 2 H2O(l) 2.鹼性下[4]: OH-(aq) + H2O2(aq)→ HO2-(aq) + H2O(l) HO-2(aq) + H2O2(aq) → O2(g) + OH-(aq) + H2O(l) 總反應:2H2O2(aq) → O2(g) + 2 H2O(l)

  7. H2O2氧化過程為一級反應

  8. 一級反應 *圖片來源[8]

  9. 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]

  10. 影響反應速率因素[9] • 1.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

  11. 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[6] • 2.價格便宜 • 3.為正催化劑

  12. 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)

  13. 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- T△S =>所以比較 KX(s)熵(熵與溶解度有關)

  14. 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℃時的反應速率常數

  15. 三、藥品與儀器裝置 • 儀器 ˙藥品 1.100ml燒杯*11.H2O2 2.5、10ml移液管*1 2.KI 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

  16. 實驗步驟

  17. 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

  18. (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=重量，M=分子量，n=每單位解離數

  19. 3. 量氣管 水準瓶 注意各接頭是否接緊!!

  20. 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

  21. 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 →35 ℃ 過氧化氫溶液

  22. 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)。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。

  23. 氧氣濃度與過氧化氫有下列關係： 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。

  24. 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。

  25. 四、數據及結果

  26. 計算過程: 斜率=-0.0015 斜率=-k/2.303=-0.0015 k=0.00345(反應速率常數)

  27. 計算過程: 斜率=-0.0025 斜率=-k/2.303=-0.0025 k=0.00575(反應速率常數)

  28. 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/2/2-3-t3.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

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