實驗十：驗證過氧化氫的分解屬一級反應
引言
化學反應的速率受反應物濃度影響。從實驗求出的速率方程式可反映濃度對反應速率的影響。
以過氧化氫的分解為例，如反應是一級的，則速率方程式可寫成：
速率
= k [H2O2]用微積分表示法，則可寫成：
在上式中
a 是過氧化氫的起始濃度 (單位是 mol dm- 3)；x 是當時間為 t 時的已分解過氧化氫的濃度；k 是速率常數。把上式積分後，k 與 t 的關係可用下式表示：|
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（式一） |
化學藥品
6
體積 (1.8% w/v) H2O2、0.1 M KMnO4、硼酸鹽緩衝液 (把 3.1 g 的硼酸溶於 25 cm3 的 1 M NaOH 後，稀釋至 250 cm3)、稀 H2SO4儀器
秒錶、
100 cm3 量筒、10.0 cm3 移液管、滴定儀器步驟
1.
使用一容量瓶把 10.0 cm3 的 0.1 M 錳(VII)酸鉀溶液稀釋至 250 cm3。2.
利用量筒分別把 150 cm3 的去離子水、10 cm3 的 6 體積過氧化氫溶液、50 cm3 的硼酸鹽緩衝液和 10 cm3 的已稀釋錳(VII)酸鉀溶液，注進一個 250 cm3 錐形瓶中。溶液中的錳(VII)酸鉀會被部分的過氧化氫還原成膠體狀的氧化錳(IV)，此物質是過氧化氫分解反應的催化劑。3.
接著用移液管把 10.0 cm3 的反應混合物轉到另一個盛有 10 cm3 稀 硫(VI)酸的錐形瓶中，並隨即啟動秒錶。【危險警告：稀硫(VI)酸有腐蝕性。】4.
用已稀釋的錳(VII)酸鉀溶液滴定該 10.0 cm3 樣本內剩餘的過氧化氫。5.
經大約 5、10、15、20、25 和 30 分鐘後，分別吸取樣本，並用前述方法測定樣本內剩餘的過氧化氫。記錄樣本加進稀硫(VI)酸時的實際時間。6.
把結果填進下表中。|
時間 / 分 |
滴定管最後讀數 / cm3 |
滴定管起始讀數 / cm3 |
KMnO 4 的體積/ cm3 |
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0 |
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5 |
|||
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10 |
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|
15 |
|||
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20 |
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25 |
|||
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30 |
討論
假若在反應開始時，需用
Vo cm3 的錳(VII)酸鉀溶液來把過氧化氫氧化，而經時間 t 後，則需 Vt cm3。在此兩時間中，過氧化氫的濃度分別與 Vo 和 Vt 成正比。因此，從式一可得：
1.
完成下表：|
t / 分 |
V o/ cm3 |
V t/ cm3 |
V o�n�{ Vt/ cm3 |
|
|
0 |
||||
|
5 |
||||
|
10 |
||||
|
15 |
||||
|
20 |
||||
|
25 |
||||
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30 |
2.
繪出以下各圖像：(a) Vt 對 t
(b) Vo - Vt 對 t
(c)
對 t
3.
從圖像 (c) 所示，該反應是否屬一級反應？解釋你的答案。4.
對一級反應來說，反應物的起始濃度減半所需的時間是：|
|
= 常數 |
時間
t1/2 與起始濃度無關。換言之，反應中過氧化氫的濃度從起始濃度減至一半、或從一半減至四分之一，又或從四分之一減至八分之一，各階段所需的時間皆相同。從圖像 (a) 和 (b) 中讀取這些時間，並填進下表內：|
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從圖像 (a) 所得數值 |
從圖像 (b) 所得數值 |
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V o 至 Vo/2 |
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V o/2 至 Vo/4 |
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V o/4 至 Vo/8 |
從這些結果你可觀察到些甚麼？
