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過氧化氫催化分解實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

2010-11-02 01:44:31劉榮梅丁玉潔吳之傳
滁州學(xué)院學(xué)報(bào) 2010年5期
關(guān)鍵詞:物理化學(xué)液面計(jì)時(shí)

劉榮梅,丁玉潔,吳之傳

(安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽 蕪湖241000)

過氧化氫催化分解實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

劉榮梅,丁玉潔,吳之傳

(安徽工程大學(xué) 生物與化學(xué)工程學(xué)院,安徽 蕪湖241000)

對(duì)過氧化氫催化分解反應(yīng)氧氣體積的測(cè)量方法進(jìn)行了分析,提出了改進(jìn)意見。實(shí)踐證明,所提出的改進(jìn)方法操作簡(jiǎn)單可行。

過氧化氫;氣體體積;實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

1 問題的提出

過氧化氫在催化劑作用下分解的反應(yīng)方程式為:

該反應(yīng)為一級(jí)反應(yīng),其速率方程式為,

在過氧化氫催化分解過程中,t時(shí)刻過氧化氫的濃度可通過測(cè)定在相應(yīng)時(shí)間內(nèi)分解放出的氧氣體積得出。得到其速率方程為:

使用Guggenheim處理法得:Vt指的是t時(shí)刻產(chǎn)生氧氣的體積,所以氧氣體積的準(zhǔn)確方便的測(cè)量就是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵?,F(xiàn)行的《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材[1-3]中,如文獻(xiàn)[1](裝置如圖1)量氣裝置采用的是U型壓力計(jì),操作的方法是“打開旋塞,調(diào)節(jié)水位瓶使右量氣管液面恰在零刻度,關(guān)旋塞,水位瓶置桌上。搖動(dòng)反應(yīng)瓶使托盤上的催化劑全部洗下,立即按一下電子秒表具累加計(jì)時(shí)功能的按鈕,開始計(jì)時(shí),開旋塞,使左量氣管液面下降8~10ml,立即關(guān)旋塞。當(dāng)左右量氣管液面相平,立即讀取右量氣管讀數(shù),同時(shí)按一下電子秒表按鈕使計(jì)數(shù)停止,記下時(shí)間后再按一下按鈕繼續(xù)累加計(jì)時(shí)。開一下旋塞,使左量氣管液面再下降8~10ml,再關(guān)旋塞,重復(fù)操作,直至量氣管液面降至約50ml為止?!标P(guān)于過氧化氫催化分解反應(yīng)氧氣體積的測(cè)量,每次記錄產(chǎn)生氧氣的體積都要關(guān)旋塞,用水位瓶調(diào)節(jié)量氣管兩側(cè)液面相平,記下氣體的體積,并計(jì)時(shí)。重復(fù)操作,直至量氣管液面降至約50ml為止。這樣操作繁瑣費(fèi)時(shí)。

圖1 過氧化氫催化分解裝置圖[1]

2 實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)

為此,筆者對(duì)氧氣體積的測(cè)量方法進(jìn)行了改進(jìn),在實(shí)驗(yàn)中,首先調(diào)節(jié)水位瓶使量氣管兩邊液面恰在零刻度,搖動(dòng)反應(yīng)瓶使托盤上的催化劑全部洗下,立即按下秒表記時(shí),然后每隔一段時(shí)間讀下量氣管左管的刻度,直至反應(yīng)基本結(jié)束。此時(shí)左量氣管的讀數(shù)應(yīng)為壓力(P大氣壓+ρgh)下的體積,應(yīng)加以校正。由于ρgh相對(duì)于P大氣壓來說較小,可以近似用左管讀數(shù)代替所產(chǎn)生的氧氣體積。另外每隔一段時(shí)間記錄氣體的體積,當(dāng)間隔時(shí)間Δ定值時(shí),以ln(Vt+Δ-Vt)對(duì)t作圖可得一條直線,由直線斜率可求出反應(yīng)速率常數(shù)k′。無需測(cè)量V∞。

3 應(yīng)用實(shí)例

利用上述改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)方法,測(cè)得如下數(shù)據(jù):

t(min)3.57Vt+△-Vt(ml) 3.72 3.35 3.03 2.73 2.46 2.22 2.00 1.81In(Vt+△-Vt) 1.314 1.211 1.109 1.004 0.900 0.797 0.693 0.593 1 2 3 4 5 6 7 8 9Vt(ml) 3.25 6.97 10.32 13.35 16.08 18.54 20.76 22.76 2

圖2 過氧化氫催化分解速率常數(shù)

以ln(Vt+Δ-Vt)對(duì)t作圖可得一條直線,由直線斜率可求出25℃反應(yīng)速率常數(shù)k′=0.103min-1。

[1]羅澄源.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:高等教育出版社,1983.

[2]清華大學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].北京:清華大學(xué)出版社,1991.

[3]徐菁利.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,2009.

G642.423

:A

:1673-1794(2010)05-0094-02

劉榮梅(1979-),女 ,講師,碩士研究生,主要從事功能納米材料的控制合成及性能研究。

安徽工程大學(xué)教學(xué)研究項(xiàng)目(2009yjy29)

2010-07-11

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