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| 学会用图解法求出过氧化氢分解反应的速率常数 k 和活化能 Ea。 |
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实验原理
1.H2O2的分解反应，反应的催化剂，分解反应的级数；
设某基元反应为 ：
aA + bB + … → g G + h H
反应速率方程可写为 ：
= k [A]a[B]b
式中，浓度项的指数a、b，…称为反应的各组分A，B，…的级数。反应总的反应级数n 则是A和B的级数之和，即 n = a + b +… 当n=0时称零级反应， n=1时称一级反应，余类推。
n不一定都是正整数，它可以是分数，也可以是负数。n的数值只能通过实验测得，不能从通常所写的计量方程中得。
思考题1
纯过氧化氢是淡蓝的粘稠液体，熔点272.5K，沸点423K。凝固点时固体密度为
1.71g·cm-3，密度随温度升高而减小。H2气泵接头O2的缔合程度比H2O大，所以它的介电常数和沸点比水高。
过氧化氢分子中有一个过氧键—O—O—，每个氧原子上连接一个氢原子，两个氢原子像在半展开书本的两页纸上，氧原子在书的夹缝上那样，其中O—O—H角和O—O—H平面的角度都约为100°。H2O2分子结构如下图所示，分子中的氧原子采取不等性sp3杂化。
纯H2O2比较稳定，若加热到426K便猛烈地发生分解:
2H2O2(1) = H2O（l） + O2(g)
重金属离子Fe2+、Mn2+、Cu2+等对过氧化氢的分解有催化作用;H2O2在酸性和中性介质中较稳定，在碱性介质中易分解;用波长为320～380nm的光照射会使H2O2的分解速度加快，故H2O2应盛于棕瓶中并放在阴凉处。液晶屏保护膜
2.一级反应的速率方程表达式。质量作用定律；
凡是反应速率只与反应物浓度的一次方成正比的反应称为一级反应。一般而论，设反应物B变为生成物P的反应是一级反应，即 ： B（反应物） → P（生成物）
可写出速率方程
式中，速率常数k是单位浓度时的反应速率。在一级反应中，k的量纲为时间-1。反应速率又可表示为 ：
式（1）和式（2）为一级反应中反应物浓度随时间变化的关系。如果我们从实验中测得反应时间t =0 时的反应物的起始浓度[B]0和时间t 时的反应物浓度[B]，即可通过以上公式计算出反应的速率常数k。如果以lg[B]对时间t 作图得到一条直线，则证明该反应为一级反应，从该直线的斜率（-k/2.303）中，也可求得速率常数k。这就是一级反应所遵循的基本规律。
3.怎样求得反应的速率常数k；
反应物浓度随时间变化的关系如下 ：
ln[H2O2] – ln[H2O2]0 = - kt
用常用对数的关系式为 ：
lg[H2O2] = lg[H2O2]0- kt/2.303 （1）
实验中用高锰酸钾法测定H2O2反应液的瞬时浓度，根据H2O2与KMnO4在酸性溶液中反应的计量关系，可知 ：
[H2O2] = 5 cV/（2×1000）=常数×V （2）
式中 ：c为KMnO4溶液的浓度（mol·L-1），V为滴定用去的KMnO4溶液的体积（mL）。将式（2）代入式（1），合并常数项与lg[H2O2]0为A得 ：
lgV =A – kt/2.303
用lgV对t(分)作图，直线的斜率为 –k/2.303，因此从斜率可求得反应的速率常数k。
4.反应速率和温度的关系，阿仑尼乌斯经验式；
美蛙养殖温度的影响
温度对反应速率的影响，随具体反应的不同而各异，情况比较复杂。但对大多数反应
来说，化学反应速率随温度升高而加快。当温度升高时，一方面分子的运动速度加快，单位时间内的碰撞频率增加，使反应速率加快;另一方面更主要的是温度升高时，分子的平均动能增加，分子的能量分布曲线明显地右移(图1)。具有较高能量的分子(如图1中动能为E1的分子)的百分数增加，从而使反应速率加快。例如，当温度从298K升至308K时，具有较高能量的分子百分数增加为将近原来的2倍。
避雷系统
曾有人根据实验事实，总结出一条近似规则，即温度每升高10K，反应速率约增加
2～4倍(图2)，这当然只是一种粗略的估计(当温度的变化不大，又不需要精确数据时，也可以使用这种估计作参考)。
在大量实验事实的基础上，1889年阿仑尼乌斯证明，当lnk（lgk）对1/T 作图时可得
一直线，很多反应的速率常数与温度之间都具有这样的关系。这个关系可写作:
式中，A 为常数，称为指数前因子； B 为另一常数；R 为摩尔气体常数；T 为热力学温度；Ea 为活化能(或实验活化能，其单位为J·mol-1)，对某一给定反应来说，Ea为一定值，当反应的温度区间变化不大时，Ea 和A 不随温度而改变。
速率常数 k 显然是一个与温度有关的量。其数值的大小直接反映出反应速率的快慢。由式(2)可看出，温度愈高，k 值愈大，则反应速率愈快。
对于某一反应，若已知活化能Ea及某温度T1时的速率常数k1，利用式(1)，可求得另一温度T2 时的速率常数k2，即 ：
如果实验测得不同温度时的速率常数k，以lgk对1/T作图，由该直线的斜率
(-Ea/2.303 R)即可求得活化能Ea。图3为反应:
CO(g)+NO2(g)→CO2(g) + NO(g)的lgk - 1/T 图，由图中求得该反应的活化能 ：
Ea = -2.303×8.314×斜率
= -2.303×8.314×（-7.0×103）kJ·mol-1
= 134kJ·mol-1
5.如何求得反应的活化能Ea；
在大量实验的基础上，阿仑尼乌斯证明了lgk 便民用品对1/T 作图可得一直线，这个关系可写为 ：lgk = -Ea/2.303RT + B，因此从直线的斜率可求得活化能Ea。
6.怎样测得H2O2溶液的浓度。
实验中，过氧化氢溶液的浓度用高锰酸钾法测定，在滴定分析法里，为使滴定管读数误差<0.1%，要使滴定液体积不小于20mL。虽然动力学实验的误差比容量分析实验的误差要大些，但也不希望滴定液的体积小于10mL，因此需保证第一次分析H2O2浓度时测定液的体积在20mL左右。现用0.003mol·L-1KMnO4标准液作为滴定液，因此H2O2储备液的浓度选用0.11mol·L-1。若室温高或低，则H2O2溶液的浓度可增或减，或H2O2储备液的浓度不变，增或减所取H2O2储备液的体积，使锥形瓶内溶液的浓度增或减。
实验步骤
速率常数的测定 |
⑴恒温浴的准备 |
准备室温恒温浴；准备高于室温的恒温水浴。 |
⑵速率常数的测定 |
准备反应液 在250mL锥形瓶中，加入25mL 0.11mol·L-1H2O2水溶液，用新鲜纯水稀至200mL，塞上塞子，在室温水浴中恒温半小时。 |
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反应 加5mL 0.1mol·L-1NH4Fe(SO4)2溶液到反应液中，同时计时，摇匀。记录水浴温度。
溶液浓度的分析 在8个100mL烧杯中各加15mL 3mol·L-1H2SO4、1mL 0.05mol·L-1MnSO4溶液。H2O2分解反应进行至15min时，从反应液中取10.00mL到上述酸溶液中。以后每隔15min取出10.00mL反应液到酸里，记录反应液加到酸液中的时间。将溶液混匀，用0.003mol·L-1KMnO4溶液滴定，直到稍过量的KMnO4溶液的粉红在10s内不褪即到终点，记录用去KMnO4溶活化能的测定
调节恒温浴的温度为室温+4K，+8K，+12K，重复上述操作，分别测出在该温度下每次滴定用的KMnO4溶液体积和反应时间液的体积。
数据处理
列表法是化学实验数的表示方法之一，表格中除包括测定得到的数据外，还应包括处理后有用的数据，例如“H2O2分解速率与活化能的测定”实验中，应有 ：
序号 | 1 | 2 | 3 | 4 | ……… |
T /K | 测定 | | | | | |
平均 | |
t /min | 测定 | | | | | |
累计 | | | | | |
V（MnO4-终）/mL | | | | | |
V（MnO4-初）/mL | | | | | |
V（MnO4-）/mL | | | | | |
lgV | | | | | |
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即作图所需的lgV、t 值在表格中应有反映。同样，相应于活化能测定的表格中，应有T、1/T、k、lgk的栏目。
⑴ 自变量通常是易于控制和精确测量的物理量。
在lgV 对t 作图时，H2O2溶液的浓度随时间而变化，时间t 易于控制，因此时间t 是主变量，lgV 是应变量。
单晶硅生产工艺 ⑵ 坐标轴比例选择的原则为 ：
A 图上读出的各种量的准确度和测量得到的准确度一致 即图上最小分度值与仪器的最小分度值一致，表示出全部有效数字。
B 方便易读 坐标纸上一大格表示1、2、5、10这样的数较好，把测得的数值画到图上时易算，易读；若表示3、4，则不便，切忌表示6、7、8、9。
C 充分利用图纸 坐标轴的原点不一定都从“0”开始，可根据测得的数据定，只需从略小于实测值的某一整数为起点，以大于最大实测值的某一整数为坐标终点即可。
D 坐标轴长与宽的比例要得当 最多不要超过3/2，以避免图形呈窄条状(拉长或压扁）。当图形为直线时，应尽可能使直线的斜率接近1，即使直线与横轴的夹角接近45°，若曲线有一些特殊的性质，如极大值，极小值，转折点，应力求表现出，为此，在符合选择原则的前提下，可将坐标轴的比例适当扩大或缩小。
作图方法
⑴ 把所测得的数值画到图上，得到代表点。注意代表点要表示准确。若在同一图线上画几条直（曲）线时，则每条线的代表点需用不同的符号表示，如点 、叉 、圆点 、圆 等。
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