瑞帝電通國際有限公司 - READY INTERNATIONAL INC.
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型號: 化學實驗-化學動力學003
名稱: 化學動力學003-催化劑的影響
規格:
﹝實驗主題﹞
催化劑對過氧化氫分解有何影響?
﹝實驗探討﹞
在這項實驗中,您將研究過氧化氫的分解。
當暴露於陽光下時,過氧化氫將分解成水和氧氣。 可以使用氣體注射器和角度感測器來測量每秒產生的氣體量。 透過測量產生氣體的速度,可以確定反應速度。
﹝實驗器材﹞
1. CMA公司的『資料處理器』(Data logger),可以選擇型號:001 Vincilab筆記型資料處理器或型號:006p CoachLabII+桌上型資料處理器
2. 型號:013i『角度感測器』(Angle sensor)
3. (自備)錐形瓶(100 或250 mL)
4. (自備) 錐形塞(穿刺);
5. (自備)量筒(10 mL)
6. (自備)氣體注射器(100mL)
7. (自備)磅秤
8. (自備)小試管
9. (自備)刮刀
10. (自備)有膠管的玻璃管
11. (自備) 磁力攪拌器或攪拌棒。
12. (自備)過氧化氫(Hydrogen peroxide) (溶液, 大約3%)
13. (自備)氧化錳(粉末,MnO 2)
﹝實驗步驟﹞
1. 在Coach軟體中打開『Coach Activity』的『Effect of a catalyst』(催化劑的影響)。
2. 架設實驗裝置,如右圖所示。
3. 使用量筒精確測量6 mL過氧化氫溶液,將此溶液倒入錐形瓶中。
4. 精確測量0、10克氧化錳(IV)粉末,使用一小塊蓋子將粉末放入錐形瓶中,而不會使兩種化合物混合。
5. 用塞子蓋上錐形瓶。
6. 握住塞子,翻轉三角錐瓶,立即開始測量。
7. 錐形瓶中產生了什麼變化? 寫下你的觀察結果。
8. 記下過氧化氫分解的反應方程式。
9. 你怎麼知道反應已經結束了?
10. 產生多少氣體(以mL計)?
11. 描述圖形的形狀。 你有注意到什麼特別的嗎?
12. 保存測量數據,現在您將調查催化劑的量如何影響反應。 想想一個研究問題,描述你將如何進行調查,讓你的老師檢查你的提案
13. 進行實驗,您的結果與第一個實驗有什麼不同?
14. 所有圖形是否達到相同的高度(體積)? 這是為什麼?
15. 回答你的研究問題。
產生氣體的速度(反應速度)因反應而不同。 反應速率可以透過切線來確定。這可以在Coach中使用選項“Process / AnalyzeSlope”完成
16. 確定每個圖表的最大反應速率,描述你如何做到這一點,並記下每個反應速率的數字和正確的單位。
補充:
17. 催化劑的另一種性質是在反應期間催化劑不被用盡。 如果氧化錳(IV)確實是一種催化劑,你將如何調查? 想想一個研究問題,描述你將如何進行調查,讓你的老師檢查你的提案
﹝實驗原理﹞
1.反應速率(Reaction rate )
化學反應是一種或多種物質(反應物)變成一種或多種新物質(產物)的過程。
化學反應速率表示反應發生的速度。換句話說,反應速率是“產物形成速率”或“反應物去除速率”。
對於一個反應步驟 ,A轉化的反應速率是A的濃度隨時間的變化。
在這個實驗中,由於加入過量的氫氧化鈉,所以OH-的濃度是恆定的。因此,反應速率僅取決於CV的濃度。
反應速率可以透過以下不同的實驗方式來測定,但不限制於以下的內容:
• 測量在反應期間氣體體積的變化量
• 測量在反應期間氣體壓力的變化量
• 測量在反應期間顏色的變化
• 測量在反應期間電導率的變化
從這些方程式可以看出反應速度不穩定,由於物質的濃度在反應過程中會降低,反應速度也將降低。可以在模型圖中得知,這不是線性關係。
2.影響反應速度的因素(Factors affecting rates of reaction )
每個化學反應都以一定的速度進行。一些反應在自然的情況下是快速的,一些反應在相同的條件下則是緩慢的。然而,透過改變反應條件,可以改變反應的速率。根據反應粒子的碰撞理論,影響反應速度的因素有五個。
• 溫度: 通常在更高的溫度下進行反應,透過碰撞理論解釋,顆粒之間會產生更多的碰撞,將更多的能量提供給系統並增加反應速率。 溫度的影響由Arrhenius方程描述(見下文)。
• 濃度: 反應速率隨著濃度的增加而變快,如速率定律所述,並由碰撞理論解釋。
• 壓力: 氣體反應的速率隨壓力增加,其實際上等於氣體濃度的增加。
• 接觸面積: 在表面的反應中,例如在非均相催化下發生,反應速率隨著表面積的增加而增加,這是因為更多的固體顆粒被暴露,並可被反應物分子擊中。
• 催化劑: 催化劑提供較低活化能的替代途徑來提高反應速率。
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