過酸化水素の触媒分解反応速度定数の測定

一、実験目的

1. 過酸化水素の触媒分解反応速度定数を測定する、

2. 反応システムの体積追跡反応システム濃度を測定して反応速度を研究する方法を把握する。

二、実験原理

過酸化水素は触媒が存在しない場合、分解反応が遅い。触媒を加えることで分解速度を高めることができる。過酸化水素分解反応の化学量論式は以下の通りである：

H2O2 （l） = H2O （l） + 1/2O2 （g）

もしKI触媒として、KI作用下の触媒分解ステップは：

KI（l） + H2O2（l） = KIO + H2O（l）（遅い）

KIO = KI（l） + 1/2O2（g）

*ステップの速度は第2ステップよりずっと遅いため、*ステップは反応の制御ステップである。したがって、その反応の速度方程式は、

−dcA/dt=k'cKIcA

式中、cA反応系で反応するためにT時刻H2O2濃度、インKI反応過程において濃度は変わらないので、上式は

-dIcA/dt=kIcA（14.1）

式中K=K’cKI,上式分離変数を積分するには：

当t=0の場合、CA=C0；T=Tの場合、CA=C t;

定積分式は次のとおりです。

AACCtAAkdtcdc00 （14.2）

積分結果：

0lncktct???（14.3）

式はtct~lnについての直線方程式です。反応進行中に異なる時刻を測定するT時反応系中の酸素濃度CT、いくつかのグループを取得CT、Tのデータを入力した後、lnct対T図を作って、一直線を得て、この反応が一級反応（準一級反応）であることを表明して、直線の傾きはk。

物理化学の研究方法は物理的な方法を用いて反応システムのある成分の濃度を測定することであり、物理的な方法とは反応システムのある成分または各成分のある物理的性質（例えば体積、圧力、起電力、屈折率、回転光度など）とそれと確定した単値関数関係の特徴を利用して、システム中のこの物理的性質の変化を測定することによって、間接的に濃度変化を測定することである。このような物理化学の実験方法zuiの大きな利点は、システムのある成分または各成分の物理的性質の変化を追跡することができ、したがって、反応を停止する必要がなく、いつでもある時点での反応システムのある成分または各成分の濃度を測定することができることである。

にH2O2触媒分解中T時刻H2O2の濃度は、対応する時間内に分解放出される酸素の体積を測定することにより得ることができる。放出された酸素の体積と分解されたH2O2の量に比例し、その比例係数は一定値である。令V∞表示H2O2放出された酸素の体積をすべて分解し、V t は表示（ひょうじ）H2O2にT放出された酸素の体積を瞬間分解すると、

co 社∝V∞，CT∝ （V∞－Vt の）

上記の関係を代入（14.3）式、得：

ルン（V∞－Vt の）− kt + ln V∞(14.4)

を選択すると、ルン（V∞－Vt の）対T図を作って一直線にして、つまり検証は一級反応である、直線による傾きm求めることができるレート定数k，m = − k。(14.4)ためにルン（V∞－Vt の）～−tの直線方程式、式中V∞H2O2全分解放出された酸素体積、反応温度及びKI濃度が一定の場合は、時間とともに変化しません。実験中に反応が進行する異なるタイミングを測定するだけでよいT時H2O2分解放出された酸素体積t(複数のデータ)と反応終了時H2O2全分解放出酸素体積V∞（1つのデータ）ルン（V∞－Vt の）対T直線を描き、直線の傾きは－k、作図法を用いて反応速度定数を求めることができるk。

V∞は、不測であってもよく、「データ処理」で紹介された方法によって計算される。 データは等間隔記録であるため、ラグランジュの中値定理によると、

ここから作るln（dVt/dt）—T図、データ結果は強い線形規則を持ち、直線の傾きを求めるm反応速度定数を得ることができますk/min-1=－m。