hx 甲酸氧化反应动力学的测定.doc

专业： 材料0802
姓名： 黄熙
学号： 3080102490
日期： 2011/04/27
地点： 化学实验室 __________
实验报告

课程名称： 大学化学实验（P） 指导老师： 陈平 成绩：____________
实验名称： 甲酸氧化反应动力学的测定 _
一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）
三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤
五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）
七、讨论、心得

实验名称：甲酸氧化反应动力学的测定
一、实验目的：
1． 用电动势法测定甲酸被溴氧化的反应动力学。
2． 了解化学动力学实验和数据处理的一般方法。
3． 加深理解反应速率方程、反应级数、速率常数、活化能等重要概念和一级反应动力学的特点、规律。
二、实验原理：
甲酸被溴氧化的反应的计量方程式如下：
HCOOH + Br2 ® CO2 + 2H+ + 2Br–
对此反应，除反应物外，[Br–]和[H+]对反应速度也有影响，严格的速率方程非常复杂。在实验中，当使Br–和H+过量、保持其浓度在反应过程中近似不变时，则反应速率方程式可写成：
-d[Br2]/dt=k[HCOOH]m[Br2]n （11-1）
如果HCOOH的初始浓度比Br2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时（11-1）式可写成：
-d[Br2]/dt=kˊ[Br2]n (11-2)
其中： kˊ= k[HCOOH]m （11-3）
只要实验测得[Br2]随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系kˊ。如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个kˊ值。
kˊ1 = k [HCOOH] 1m (11-4)
kˊ2= k [HCOOH] 2 m (11-5)
联立求解式（11-4）和（11-5），即可求出反应级数m和速度常数k。
本实验采用电动势法跟踪Br2浓度随时间的变化，以饱和甘汞电极（或银—氯化银电极）和放在含Br2和Br–的反应溶液中的铂电极组成如下电池：
（一）Hg, Hg2Cl2 | Cl– || Br–, Br2 | Pt （＋）
该电池的电动势是：
E=E0 Br2 / Br– ＋ (RT / 2F) (ln[Br2] / [Br–]2) － E甘汞 （11-6）
当[Br–]很大，在反应过程中Br–浓度可认为保持不变，上式可写成：
E = Const. ＋ (RT / 2F) (ln[Br2]) (11-7)
若甲酸氧化反应对Br2为一级，则
-d[Br2]/dt=kˊ[Br2] (11-8)
积分，得
ln[Br2]=Const.—kˊt (11-9)
将（11-9）式代入（11-7）式，并对t微分：
kˊ= －(2F / RT)（dE/dt） (11-10)
因此，以E对t作图，如果得到的是直线，则证实上述反应对Br2为一级，并可以从直线的斜率求得kˊ。
上述电池的电动势约为0.8V，而反应过程电动势的变化只30mV左右。当用自动记录仪或电子管伏特计测量电势变化时，为了提高测量精度而采用图11-1的接线法。图中用蓄电池或用电池串接1k欧姆绕线电位器，于其中分出一恒定电压与电池同极连接，使电池电势对消一部分。调整电位器，使对消后剩下约20~30毫伏，因而可使测量电势变化的精度大大提高。
本实验采用SunyLAB2000无纸记录仪。

三、仪器与试剂：
仪器 SunyLAB2000无纸自动记录仪一台；超级恒温槽一套，分压接线匣；饱和甘汞电极1支；铂电极1支；磁力搅拌器1台；有恒温夹套的反应池1个；50ml移液管1支；25ml移液管1支；10ml移液管1支（公用）；5ml移液管4支（公用）；洗瓶1只；洗耳球；倾倒废液的塑料杯。
试剂 0.02 mol·dm-3溴水（本实验室是配0.0075 mol·dm-3溴试剂贮备液）；2.00 mol·dm-3 HCOOH；4.00 mol·dm-3HCOOH；2 mol·dm-3盐酸；1 mol·dm-3 KBr。

四、实验步骤：
1．调节超级恒温槽至所需温度（24℃左右。若调到25℃，实际会超过25℃），开动循环泵，使循环水在反应池夹套中循环。
2．配溶液：用移液管向反应器中分别加入75ml水，10ml KBr，5ml溴试剂，再加入5ml盐酸。
3．装好电极和搅拌棒，并接好测量线路，开动搅拌器，使溶液在反应器内恒温，打开记录仪，当电势曲线不随时间变化时（此时溴已完全生成），取5ml 2 mol·dm-3甲酸溶液从小孔注入反应池，在记录仪上按停止再按开始，开始记录。记录仪上应绘出一条上升直线。上升到15以上按下停止，在电脑上保存相应数据。
4．甲酸浓度增大一倍（4 mol·dm-3），保持温度及其余组分浓度不变，重复上述步骤再测定一条E~t曲线，测完后在电脑上保存。
5．将反应温度调至35℃，所加甲酸浓度仍为2 mol·dm-3，其余组分浓度均不变，重复上述步骤测定一条E~t曲线，测完后在电脑上保存。
6． 实验结束后，反应池用去离子水冲洗，铂电极洗后放回原处。关闭分压器线路及其它电源。

五、 数据记录及处理：
序号
温度/℃
甲酸浓度/(mol/L)
直线斜率(10-3)
k'(10-3)
K(10-3)
lnk
1/T(10-3)
1
24.8
2
0.0433
3.3750
1.6875
-6.4301
3.3563
2
24.6
4
0.1167
9.0959
2.2740
-6.0862
3.3585
3
34.2
2
0.1206
9.1063
4.5531
-5.2307
3.2536
有实验数据求得Ea=80.40 KJ/mol 查得Ea文献值= 63.58KJ/mol
相对误差 Er=|80.40-63.58|/ 63.58=22.97%
六、思考题：
1、可以用一般的直流伏特计来测量本实验的电势差吗？为什么？
答：不可以，因为本实验电池的电动势约为0.8V，而反应过程电动势的变化只有30mV左右，不可以用一般的直流伏特计来测量。
2、如果甲酸氧化反应对溴来讲不是一级，能否用本实验的办法测定反应数率？请具体说明。
答：-d[Br2]/dt=k[HCOOH]m[Br2]n 如果HCOOH的初始浓度比Br2的初始浓度大得多，可认为在反应过程中保持不变，这时（11-1）式可写成：-d[Br2]/dt=kˊ[Br2]n其中：kˊ= k[HCOOH]m只要实验测得[Br2]随时间变化的函数关系，即可确定反应级数n和速度常系kˊ。如果在同一温度下，用两种不同浓度的HCOOH分别进行测定，则可得两个kˊ值。
kˊ1 = k [HCOOH] 1mkˊ2= k [HCOOH] 2 m联立求解，即可求出反应级数m和速度常数k。
3、为什么用记录仪进行测量时要把电动势对消掉一部分？这样做对实验结果有无影响？
答：当自动记录仪测量电动势时，为了提高测量精度而采用图1的接线法，用蓄电池或用电池串接1k欧姆接线电位器，于其中分出一恒定电压与电池同级连接，使电池电动势对消一部分。
对实验结果没有影响。因为电动是对消后实验记录曲线平移，而斜率不变，实验对该次数据线只求斜率，所以对实验结果就无影响。
4、 写出电极反应和电池反应，估计该电池的理论电动势约为多少?
答：电池反应：Br2+HCOOH®CO2+2HBr
正极：Br2®2Br– 负极：HCOOH ® CO2 + 2H+
理论电动势约为0.8V。
5、 本实验反应物之一溴是如何产生的？写出有关反应。为什么要加入5ml盐酸？
答：本实验反应物之一溴是由KBr和KBrO3反应产生。5Br- + BrO3- +6H+== 3Br2 +3 H2O,加入5mLHCl有两个目的：一是促使Br2的生成，二是抑制Br2的分解。