Кинетическое уравнение реакции пероксида водорода (3 видео)

Разложение пероксида водорода

Разложение пероксида водорода это процесс разделения молекулы пероксида водорода на воду и кислород, так как концентрированная перекись непрочное соединение, уже при комнатной температуре на свету разлагается по реакции (формула разложения пероксида водорода):

Реакция ускоряется со прикосновением с катализаторами ( MnO₂ , PbO₂ и другие ).

Содержание

Каталитическое разложение пероксида водорода
Лабораторное разложение перекиси водорода
Активность катализатора
Опыт разложение пероксида водорода
Физические свойства пероксида водорода Н2О2
Можно ли получить перекись водорода из водорода и кислорода
Похожие страницы:
Leave a Comment
Методика выполнения работы
Кинетическое уравнение реакции пероксида водорода
💥 Видео

Видео:Галилео. Эксперимент. Разложение перекиси водородаСкачать

Каталитическое разложение пероксида водорода

Пероксид водорода весьма удобный объект для иллюстрации каталитического процесса, влияния различных катализаторов на скорость химической реакции.

Измерение объема кислорода, выделяющегося при разложении пероксида водорода, позволяет проводить этот опыт количественно, притом с достаточной степенью точности.

Активные вещества которые участвуют в интенсивном распаде молекулы пероксида водорода являются металлы переменной валентности (Fe, Сu, Мn, Со, Сr) и их соли.

Разложение пероксида водорода катализаторами сводится к увеличению электролитической диссоциации пероксида водорода, что содействует образованию свободного гидроксид – иона и ускорению распада пероксида водорода.

Разложение пероксида водорода обратимая или нет.

Экспериментально доказано, что добавление к перекиси катализатора приводит к полному разложения молекулы пероксида водорода на воду и кислород. Процесс разложения на прямую зависит от температуры вещества.

А также какой катализатор добавлен, также установлено, что на каталитический процесс разложения влияет добавление некоторых кислот и зависимость концентрации перекиси.

Лабораторное разложение перекиси водорода

Поэтому каталитическое разложение пероксида водорода удобный объект для научных исследований в области химической кинетики.

То, что было осуществлено в науке химии как нечто новое, может быть повторено на внеурочных и факультативных занятиях как интересные ученические исследования.

Pис. 2 Установка для количественного опыта разложения пероксида водорода:

1-колба для перегонки, 2 — пробирка с катализатором. 3 — чаша кристаллизационная, 4 — эвдиометр.

Во время проведения демонстрационных экспериментов следует знать о пероксиде водорода (обычно 3%-ном) как о веществе, которое подвергается бурному разложению под действием различных катализаторов.

С этой целью в демонстрационные пробирки приливают по 30 мл раствора пероксида водорода и в каждый вносят одно из следующих веществ: оксид марганца (IV), оксид железа (III), активированный уголь, раствор перманганата калия, раствор хлорида железа (III), раствор дихромата калия, кусочек сырого мяса, содержащий фермент каталазу, находящуюся обычно в крови млекопитающих и человека.

Наблюдают за выделением пузырьков газа. Выделение кислорода подтверждают тлеющей лучинкой. Демонстрационные пробирки размещают в штативе с подсветом.

Количественный опыт каталитического разложения пероксида водорода может быть осуществлен в установке, показанной на рисунке 2.

Для собирания газа можно использовать промышленный эвдиометр, имеющий градуировку. Различную скорость образования кислорода можно наблюдать в приборе, описание которого дано В. С. Полосиным, с использованием двух медицинских шприцев, а также с помощью установки для проецирования опытов на экран.

Активность катализатора

Для сравнение можно взять пероксид водорода с одинаковой массовой долей Н₂О₂ (например, 3%) и два катализатора, например, раствор, содержащий комплексный ион [Сu(NН₃)₄] 2+ и каталазу крови. Полуколичественные опыты для определения активности различных катализаторов разработал Г. П. Хомченко.

Рис. 3. Определение активности различных катализаторов:

1 — пробирка с пероксидом водорода, 2 — колба с катализатором, 3 — стеклянная трубка с пробкой, 4 — Г образная газоотводная трубка, 5 — колба с водой, 6 — сифон, 7 — стакан с водой, 8 — зажимы.

Опыт разложение пероксида водорода

Рекомендуется проводить опыты в следующей последовательности:

Проверяют герметичность прибора (рис. 3), для чего закрывают пробки и открывают зажимы 8: вода не должна вытекать в стакан.
В пробирку 1 наливают 5 мл пероксида водорода (30%-ного) и перекрывают резиновую трубку зажимом 8.
В колбу 2 вносят катализатор и вставляют в нее трубку 3, соединенную с пробиркой 1.
Выравнивают давление внутри прибора с атмосферным давлением. С этой целью открывают зажим 8 сифона 6 и поднимают стакан 7 с водой так, чтобы вода в нем и в колбе находилась на одинаковом уровне, и затем снова закрывают зажим.
Воду выливают из стакана и наливают в него точный ее объем — 100 мл, предварительно отмерив его мензуркой.
Опускают кончик сифона 6 в стакан 7 с водой.
Открывают оба зажима 8 на приборе и быстро вливают пероксид водорода в колбу 2 с катализатором.
Через 3 мин вновь приводят давление внутри прибора к атмосферному давлению.
Закрывают зажим сифона 6 и измеряют объем воды, вытесненной в стакан кислородом.
Из измеренного объема воды вычитают 100 мл, т. е. объем воды, ранее добавленной в стакан.

По количеству выделившегося кислорода располагают испытанные катализаторы в порядке возрастания их каталитической активности.

Физические свойства пероксида водорода Н₂О₂

Сильный окислитель. Мол. массе 34,01; коэф. рефр. 1,4067 при 25 °С; плотн. 1448 кг/м3; т. кил 69,7 °С при 3,72 кПа и 80,2 °С при 6,25 кПа. Смешивается в любых соотношениях с водой.

При воздействии 65% -ного р-ра Н₂О₂ на бумагу, опилки и другие горючие вещества происходит их воспламенение.

Концентрированный раствор может взрываться. Для раствора пероксида водорода низкой концентрации возможно саморазложение при воздействии тепла.

В присутствии органической пыли или веществ, действующих каталитически (металлы, соли металлов).

Хранить растворы пероксида водорода в темном прохладном месте. В присутствии Н₂О₂ средства тушения обильные струи воды.

Можно ли получить перекись водорода из водорода и кислорода

Можно ли получить Н₂О₂ непосредственным взаимодействием водорода и кислорода? В реакции взаимодействия водорода с кислородом образуется пероксид водорода в качестве промежуточного продукта при горении водорода:

Так как температура горения водорода очень высока перекись водорода сразу же разлагается на воду и кислород:

Для определения образования перекиси водорода можно воспользоваться кусочком льда. Для этого нужно направить водородное пламя на кусок льда.

В образующейся воде можно обнаружить следы пероксида водорода. Также пероксид водорода можно получить при действии атомарного водорода на кислород.

Непосредственным взаимодействием водорода и кислорода пероксид водорода невыгодно получать ни в лаборатории, ни в промышленности.

Статья на тему Разложение пероксида водорода

Методика выполнения работы

КИНЕТИКА РЕАКЦИИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО РАЗЛОЖЕНИЯ

ПЕРОКСИДА ВОДОРОДА

Цель работы:исследовать кинетику реакции разложения пероксида водорода в присутствии катализатора иодида калия различной концентрации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Схема лабораторной установки

Схема лабораторной установки приведена на рис. 1.

Рис. 1 Схема лабораторной установки.

Реакцию разложения пероксида водорода проводят в колбочке 1 при температуре, задаваемой термостатом 2.

Колбочку 1 с отводной трубкой помещают в термостат (сосуд или водяную баню) 3 и при помощи резиновой (силиконовой) трубки 2 соединяют с бюреткой 4, как показано на рис. 1.

Реакцию разложения пероксида водорода можно также проводить при комнатной температуре без использования термостата. Условия проведения опыта указываются преподавателем.

Уравнительный сосуд 5 и бюретку 4 закрепляют на штативе и наполняют подкрашенной водой. В бюретке нужно установить уровень жидкости в начале измерительной шкалы, имеющейся на бюретке, поднимая или опуская уравнительный сосуд на штативе. В это время колбочка 1 должна быть открыта.

Затем следует проверить установку на герметичность. Для этого нужно закрыть колбочку пробкой и опустить уравнительный сосуд ниже уровня воды в бюретке. Если уровень воды в бюретке не изменится в течение 3 минут, то считают, что герметичность системы обеспечена.

Методика выполнения работы

В колбочку наливают сначала раствор катализатора KI определенной концентрации, а затем исследуемый раствор Н₂О₂. Колбочку плотно закрывают пробкой и помещают в термостат (водяную баню).

Выделяющийся в ходе реакции кислород будет вытеснять воду из бюретки со скоростью, зависящей от концентрации раствора катализатора.

Проводят 3 опыта при постоянной температуре.

1) для первого опыта в качестве катализатора берут 3,0 мл 0,1 моль/л KI и к нему добавляют 5,0 мл исследуемого раствора Н₂О₂ с массовой концентрацией примерно 3%;

2) для второго опыта готовят 3,0 мл разбавленного в 2 раза раствора KI, т.е. с концентрацией 0,05 моль/л. Для этого берут 1,5 мл 0,1 моль/л КI и 1,5 мл Н₂О₂. К приготовленному раствору катализатора добавляют 5,0 мл исследуемого раствора Н₂О₂;

3) для третьего опыта готовят 3,0 мл раствора KI разбавленного в 3 раза, т.е. с концентрацией 0,033 моль/л, приготовленного путем смешения 1,0 мл 0,1 моль/л раствора KI и 2,0 мл Н₂О₂. К приготовленному раствору катализатора добавляют 5,0 мл исследуемого раствора Н₂О₂.

Все три опыта нужно проводить одновременно на трех установках.

Сразу же после приготовления реакционной смеси колбочки следует тщательно закрыть пробками, установить одинаковые уровни в бюретке и

уравнительном сосуде и произвести первое измерение. Записать время начала реакции и начальное показание уровня жидкости по бюретке.

Каждое следующее измерение проводят через 5, 10, 15, 20, 25 минут после начала опыта. При каждом измерении внимательно следят за тем, чтобы уровни жидкости в бюретке и уравнительном сосуде в момент измерения были одинаковы. В ходе проведения опыта колбочки с реакционной смесью следует аккуратно встряхивать, для того, чтобы образующийся в ходе реакции кислород не скапливался на стенках колбочки, а равномерно выделялся из раствора и вытеснял жидкость из бюретки.

После проведения измерения при минут колбочку с реакционной смесью помещают в сосуд с водой или водяную баню при температуре около 60°С и выдерживают её при этих условиях до полного разложения пероксида водорода. Реакция считается законченной, если уровень газа в бюретке не изменяется и в колбочках не видно пузырьков кислорода, образующегося в ходе реакции.

После полного разложения пероксида водорода колбочки следует охладить, поместив их в термостат, который должен иметь первоначальную температуру опыта. Установившийся после охлаждения уровень жидкости в бюретке выравнивают с уровнем жидкости в уравнительном сосуде и проводят последнее измерение при t=∞, т.е. когда реакция прошла до конца, и весь пероксид водорода разложился.

Все результаты измерений, то есть время (t) от начала реакции и объем (V) кислорода по бюретке вносятся в табл. 1. При обработке

результатов следует учесть, что количество прореагировавшей перекиси

водорода равно количеству выделившегося кислорода и равно (V-V_o).

Экспериментальные данные и результаты их обработки

Время, мин	С_К_І = 0,1 моль/л	С_К_І = 0,05 моль/л	С_К_І = 0,033 моль/л
V, мл	(V–V_o), мл	k	V, мл	(V–V_o), мл	k	V, мл	(V–V_o), мл	k
1,5	0,5
7,4	5,9	0,0384	4,3	2,3	0,0314	1,5	0,0302
11,5	0,0258	6,5	4,5	0,0177	3,3	2,8	0,0161
14,3	12,8	0,0224	8,4	6,4	0,0132	4,7	4,2	0,0116
17,1	15,6	0,0241	10,1	8,1	0,0111	6,1	5,6	0,0094
19,2	17,7	0,0288	11,7	9,7	0,0101	7,4	6,9	0,0082
∞	23,5	31,5	29,5	29,5

В табл. 1 для расчета констант скоростей по формуле

(1)

использованы следующие обозначения: V_o – объем жидкости по бюретке при времени t, мл; V_∞ – объем жидкости по бюретке после полного разложения пероксида водорода при времени, мл; V – объем жидкости по бюретке в различные моменты времени t, мл; (V–V_o) – объем, соответствующий объему выделившегося кислорода в различные моменты времени, мл (это значение соответствует величине (C 0 –C_x) в формуле (1)); V_∞–V_o – объем кислорода, выделившегося после полного разложения пероксида водорода, мл (это значение соответствует величине C o в формуле (1)); k – константа скорости реакции разложения пероксида водорода при данной температуре, мин -1 .

Расчет константы скорости реакции k проводят по формуле (1), в которую вместо концентрации подставляют полученные в эксперименте объемы выделившегося кислорода, т.к. количество выделившегося кислорода пропорционально количеству прореагировавшего пероксида водорода. Поэтому, начальная концентрация пероксида водорода C o пропорциональна величине (V_∞–V_o), а количество прореагировавшего пероксида водорода в различные моменты времени пропорционально значению (V–V_o).

Приведем один пример расчета:

По полученным данным о констате скорости реакции можем рассчитать скорость реакции в конкретный момент времени, за формулой: v=k∙C.

Где, k – среднее значение константы реакции, С – концентрация вещества в данный момент времени (С = V_∞–V_o).

Пример расчета скорости реакции:

v=k∙C = 0,0279∙22=0,6138 (моль/мин).

Полученные данные сводим в таблицу 2.

Изобразим графически изменение скорости реакции с течением времени, для реакций с разной концентрацией катализатора:

Данные расчета скорости реакции

Время, мин	С_К_І = 0,1 моль/л	С_К_І = 0,05 моль/л	С_К_І = 0,033 моль/л
k	(V_∞–V_o), мл	v	k	(V_∞–V_o), мл	v	k	(V_∞–V_o), мл	v
0,0279	0,6138	0,0167	29,5	0,49265	0,0151	0,4379
16,1	0,44919	27,2	0,45424	27,5	0,4153
0,3348	0,4175	26,2	0,3956
9,2	0,25668	23,1	0,38577	24,8	0,3745
6,4	0,17856	21,4	0,35738	23,4	0,3533
4,3	0,11997	19,8	0,33066	22,1	0,3337
∞

По данным, полученным в табл.1 рассчитывают среднее значение константы скорости реакции для каждой серии опытов, т.е. при разной концентрации катализатора, и вносим результаты расчета в табл. 3.

Влияние катализатора на константу скорости реакции

Концентрация раствора катализатора, моль/л	Средене значение константы скорости, мин -1	Коэффициент пропорциональности
0,1	0,0279	0,279
0,05	0,0167	0,334
0,033	0,0151	0,457

Рассчитываем коэффициент пропорциональности a по формуле

Cтроим график зависимости константы скорости реакции k от концентрации катализатора С_К1:

Выводы

По полученным экспериментальным данным рассчитано константу скорости реакции и проанализировано влияние катализатора на скорость реакции. За теоретическими представлениями, константа скорости реакции прямопропорциональна концентрации катализатора. В нашей работе, зависимость константы скорости реакции от концентрации катализатора также имеет почти прямолинейную зависимость. Разницу в значениях константы скорости реакции (которая теоретически должна быть одинакова) можем объяснить неточностями проведения эксперимента (например, при фиксации объема в конкретном промежутке времени).

Видео:Опыты по химии. Каталитическое разложение пероксида водородаСкачать

Кинетическое уравнение реакции пероксида водорода

Название работы: Кинетика каталитического разложения перекиси водорода

Категория: Лабораторная работа

Предметная область: Химия и фармакология

Описание: Лабораторная работа №2 Кинетика каталитического разложения перекиси водорода. выполнил студент 3 курса 7 группы Криштафович А.В. Цель работы: Определить порядок реакции константы скорости при двух температурах и вычислить энергию активации каталитического разл

Дата добавления: 2013-04-24

Размер файла: 293 KB

Работу скачали: 78 чел.

Лабораторная работа №2

Кинетика каталитического разложения перекиси водорода.

студент 3 курса 7 группы

Цель работы: Определить порядок реакции, константы скорости при двух температурах и вычислить энергию активации каталитического разложения перекиси водорода.

Метод основан на измерении объёма кислорода, выделяющегося в процессе реакции разложения перекиси водорода, катализируемой CuSO 4 .

Уравнения химической реакции:

H 2 O 2 → 2 OH • — инициирование

OH • + H 2 O 2 → HO 2 • + H 2 O (1)

Cu 2+ + HO 2 • → Cu + + H + + O 2 — (2)

Cu + + H 2 O 2 → Cu 2+ + OH • + OH — (3)

Cu + + HO 2 • → Cu 2+ + HO 2 — — обрыв цепи

II . Используемые кинетические уравнения:

W t скорость реакции в момент времени t ;

( a ∞ — a t ) t -1 концентрация исходного вещества до момента времени t ;

( a ∞ — a t ) t +1 концентрация исходного вещества после момента времени t ;

t t -1 момент времени до t ;

t t +1 момент времени после t ;

n порядок реакции разложения H 2 O 2 ;

a ∞ — объём выделившегося O 2 к концу реакции;

a t — объём выделившегося O 2 к моменту времени t ;

k n константа скорости реакции разложения H 2 O 2 .

E a энергия активации разложения H 2 O 2 ;

T 1 , T 2 температуры проведения реакции;

— константы скорости при соответствующих температурах

Практическая часть работы:

Данные для реакции разложения H 2 O 2 при 312К.

Скорость реакции v t , мл/мин

Данные для реакции разложения H 2 O 2 при 320К.

Скорость реакции v t , мл/мин

Рис. 1. График зависимости ( a ∞ — a t ) от t (изменение разности объёмов кислорода во времени).

при T 1 = 3 20 K

Рис. 2. График зависимости v t от t (изменение скорости реакции во времени).

при T 1 = 3 20 K

Рис. 3. График зависимости lg v t от lg ( a ∞ — a t ) .

при T 1 = 3 20 K

Рис. 4. График зависимости lg ( a ∞ — a t ) от t .

при T 1 = 3 20 K

Вывод. Изучена теория по каталитическому разложению H 2 O 2 и определён порядок реакции при CuSO 4 в качестве катализатора; а также константы скорости для 2-х различных температур и энергия активации реакции разложения перекиси водорода.

Рис. 1. График зависимости ( a ∞ — a t ) от t (изменение разности объёмов кислорода во времени).

при T 1 = 3 20 K

Рис. 2. График зависимости v t от t (изменение скорости реакции во времени).

при T 1 = 3 20 K

Рис. 3. График зависимости lg v t от lg ( a ∞ — a t ) .

при T 1 = 3 20 K

Рис. 4. График зависимости lg ( a ∞ — a t ) от t .