實驗八 過氧化氫的分解速率

組員 : 49812023 蕭群達 ( 公式推導、數據處理 )

49812035 陳怡欣 ( 儀器、步驟、 ppt 製作 )

49812054 李韋賢 ( 目的、原理 )

目的了解催化劑功用

利用過氧化氫生成氧氣的反應，加入催化劑後利用作圖來求出反應常數 k

原理

過氧化氫在中性或酸性溶液中的分解速率為一級反應

催化劑分為兩類

1. 正催化劑 ( 使反應加快 )ex: 二氧化錳、碘化鉀2. 負催化劑 ( 使反應變慢 )ex: 苯甲酸

1. 可改變反應速率，但是如果反應不作用，加催化劑後仍然不作用。

2. 催化劑不能改變反應後生成物的量。

3. 可逆反應中，催化劑會同時增加正反應及逆反應的速率，所以原本已達平衡的反應不會因此而改變。

4. 催化劑有選擇性

5. 反應前後，催化劑的化學組成不變，質量也不變。

催化劑的重要特性：

一級反應速率定律式 r = k[A]反應速率 r 和濃度 [A] 成正比

濃度 - 時間關係式

濃度 - 時間關係圖2.303

kt

[A]

[A]log

0

H2O2(aq) + I-(aq) → H2O(l) + IO-

(aq) (緩慢 )

H2O2(aq) + IO-(aq) → H2O(l) + O2(g) + I-

(aq) (快速 )

2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g) (全反應 )

其反應速率定率式為： Rate = k[H2O2][ I- ]

因為此次實驗 [ I- ] 為固定值，所以 :

Rate = k’[H2O2] k’=k[ I- ]

H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H+

(aq) → 2H2O(g) + I2(s)

若想去除所生成的碘 I2 ，以加入碳酸鈉的方式，使碘 I2 在鹼性環境中進行自身氧化還原反應而消失。

其反應式如下： 3I2(s) + 6OH-

(aq) → IO3-(aq) + 5I- (aq)+ 3H2O(aq)

實驗上的副反應

1.反應物的本性

2.濃度

3.溫度 - 通常溫度升高十度 C ，反應速率增加一倍。

4.接觸面積－與接觸面積大小成正比，和顆粒大小成反比5.催化劑

6.壓力－針對氣體的反應物而言，壓力愈大，反應速率愈快。7.活化能－反應物所需活化能高，反應速率越慢。

影響反應速率的因素有 :

儀器

水準瓶量氣管 恆溫槽 錐形瓶

儀器100ml 燒杯 一個5 ， 10ml 移液管 各一支安全吸球 一個100ml 量筒 一個溫度計 一支

藥品過氧化氫 化學式： H2O2

莫爾質量： 34.0147g/mol 外觀：淡藍色液體，溶液無色 可自發分解生成水或氧氣 在水溶液中可氧化或還原無機離子。做還原劑時產物為氧氣；

做氧化劑時產物為水 氧化劑： 2Fe2+

(aq)+H2O2+2H+(aq) 2Fe3+

(aq)+2H2O(l)

還原劑： NaClO+H2O2 O2+NaCl+H2O

碘化鉀 化學式： KI 莫爾質量： 166.01g/mol 外觀：白色晶體 碘離子可被強氧化劑氧化為 I2

2KI(aq)+Cl2(aq) 2KCl+I2(aq)

KI 和單質碘反應可以形成 I 3− ， I3

− 鹽易溶於水，並且可以通過

下列反應使碘用於氧化還原滴定 2KI(aq)+I2(s) KI3(aq)

藥品配置3 ％過氧化氫 (H2O2)

取 10ml 的 30 ％ H2O2 ，加水稀釋到 100ml

(30 ％ ＊ 10ml ＝ 3 ％ ＊ 100ml)

碘化鉀 (KI :166.01g/mol) 0.05N: 取 0.83g KI 溶於 100ml 水中

0.1N: 取 1.66g KI 溶於 100ml 水中

實驗應用原理連通管原理

在液體容器底部都相通的裝置，當液體靜止時，各容器的液面必在同一水平面。且同一水平面時，其所受壓力相同。

實驗步驟1. 將恆溫槽設定在 35℃ 。2. 架設裝置，且確定每一 接口密閉。

量氣管

水準瓶

改成恆溫槽

錐形瓶

3. 水準瓶中加入適量水，使瓶內水面與量氣管頂端刻度相等。

4. 用吸量管吸 5ml 3% 的 H2O2 注入錐形瓶， 並放置恆溫槽中恆溫

5. 吸量管吸取 10ml 0.05N 的 KI( 催化劑 ) ，迅速注入錐形瓶內塞回橡皮塞 ( 反應開始進行 ) ，放回恆溫槽中，並激烈 震盪， 使溶液均勻反應。

6. 催化劑一注入就開始計時， 每隔 30 秒紀錄一次氧氣的體積 Vt 。直至氧氣不再增加， 約需 15~30 分鐘。 ( 水準瓶與量氣管的水面須隨時保持等高 )

7. 恆溫槽加溫至 45 ℃ ，待溫度穩定，調整水準瓶與量氣管的水面高，記錄此時氧氣的體積 V ∞ 。

8. 改用 0.1N 的 KI 做為催化劑，重複步驟4~7 。

誤差水準瓶由人為控制，且只用目測判斷

其液面，兩端液面壓力可能不相等裝置可能有漏氣的產生 (ex: 連接管、

接口處 )並非整組裝置都在 35℃ 下進行在 45 ℃ 下不一定完全反應完

公式推導

移項

移除 d

2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)

忽略液體體積變化

又 PV=nRT

時間為 t 時的氧氣體積

反應平衡時的氧氣體積

2H2O2(aq) → 2H2O(l) + O2(g)

數據及結果催化劑 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( 秒 ) 180 360 540 720 900 1080 1260 1440 1620 1800

log(V∞-Vt)1.93

21.89

81.84

31.79

91.76

1.716

1.672

1.623

1.574

1.512

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 18001

1.1

1.2

1.3

1.4

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

f(x) = − 0.000254818446813281 x + 1.98511785838989R² = 0.997367142936456

log(V∞-Vt) V.S. 時間 (Sec)

時間 (Sec)

log(V∞-Vt)

參考資料 http://

www3.ksvs.kh.edu.tw/chem/chem/fresh/96-Peggy/Chemistry/index.html

http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=17725 http://baike.baidu.com/view/366594.htm http://zh.wikipedia.org/wiki/%

E8%BF%87%E6%B0%A7%E5%8C%96%E6%B0%A2維基百科

http://zh.wikipedia.org/wiki/%E7%A2%98%E5%8C%96%E9%92%BE維基百科

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