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谁是吹气大王---另类测量双氧水催化反应方法.doc

谁是吹气大王---另类测量双氧水催化反应方法.doc

上传者: zhang爱清 2018-07-12 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《谁是吹气大王---另类测量双氧水催化反应方法doc》,可适用于工程科技领域,主题内容包含谁是吹气大王另类测量双氧水催化反应方法誰是吹氣大王另類測量雙氧水催化反應方法一、研究動機血壓計本身就是一種常用的水銀壓力計,汽球的膨脹也是氣體壓力所符等。

谁是吹气大王另类测量双氧水催化反应方法誰是吹氣大王另類測量雙氧水催化反應方法一、研究動機血壓計本身就是一種常用的水銀壓力計,汽球的膨脹也是氣體壓力所造成的,在雙氧水的製造氧氣的實驗中大多利用排水集氣法來收集。由於反應速率快加上誤差大,很難比較雙氧水催化反應的快慢。利用血壓計和汽球為測量工具,提供反應時的緩衝密閉系統,透過產生的氣體壓力變化來探討催化劑彼此間反應的快慢。二、研究目的(一)、利用血壓計和汽球膨脹比較陰陽離子催化雙氧水的反應速率(二)、利用血壓計和汽球膨脹比較催化劑的鹽類在不同狀態時與雙氧水的反應速率影響(三)、利用血壓計和汽球膨脹比較酸鹼環境對催化雙氧水的反應速率的影響三、研究器材與藥品:一:、器材〆碼表、具有分支的錐形瓶:mL:、燒杯、電子天帄、溫度計、橡皮塞、廣口瓶:mL:附塞子、血壓計、玻璃導管、橡皮導管、導管夾、乳頭滴管、凡士林、小型圓汽球、mL燒杯、細銅線少許:二:、藥劑〆HO:,:、KI、NaOH、CuCl、蒸餾水、MnO、CuCl〃HO、HNO四、研究步驟(一)、取三個乾燥具有分支的錐形瓶,連接橡皮導管以導管夾固定,另一端連接緩衝瓶:廣口瓶附開孔的橡皮塞:的玻璃導管,另一支玻璃導管以橡皮管連接血壓計(見照片一)。照片一、反應裝置圖々中間為緩衝瓶,左為血壓計(二)、同步驟(一),錐形瓶開口處改連接汽球,並放入mL燒杯中,裝置見照片二。照片二、利用汽球測量反應速率裝置(三)、碘化鉀鹽的影響〆、秤取莫耳乾燥後的KI晶體三份。、取一份晶體調配成M溶液mL。、再取一份晶體研磨成粉末。、取mLHO:,:與蒸餾水mL以〆混合備用。、取三個乾燥具有分支的錐形瓶各裝mL調配好的〆HO。、迅速將研磨成粉末的藥品倒入瓶中,將橡皮塞塗上凡士林塞上,防止氣體外洩,每秒記錄一次血壓計的壓力。、同步驟改放入晶體。、同步驟改迅速倒入M碘化鉀溶液mL。、同步驟,血壓計改用汽球,重複步驟測量汽球碰到mL燒杯上壁的時間。(四)、金屬離子的影響、秤取莫耳CuCl和CuCl〃HO晶體各三份。、其餘步驟同碘化鉀鹽的影響步驟之、、、、、、、。、改秤取MnO克粉末因為不易溶於水,所以直接放入〆HO中做為對照,其餘步驟同碘化鉀鹽的影響之步驟。(五)、酸鹼度的影響、利用HNO和NaOH調配成pH=,的HO:,:各mL。、其餘步驟同碘化鉀鹽的影響步驟、、、、、、、、。五、研究結果與討論(一)、不同催化劑粉末對雙氧水分解反應的影響、由圖一a、b結果中可得到雙氧水開始分解時的反應速率比較〆KI粉末CuClHO粉末MnO粉末CuCl粉末(RR)HOH溶液eHOE=V(R)(g)()(l)OH溶液eHO溶液E=V(R)(g)()()HO溶液HOeOH溶液E=V(R)()(l)()I固體eI溶液E=V(R)()()IOH溶液eI固體HOE=V(R)()()MnO固體HeMn溶液HOE=V(R)()()Mn溶液eMn溶液E=V(R)()()Mn溶液eMn固體E=V(R)()()Cu溶液eCu溶液E=V(R)()()Cu溶液Cl溶液eCuCl固體E=V(R)()()()Cu溶液eCu固體E=V(R)()()CuCl固體eCu固體Cl溶液E=V(R)()()()溶液CueCu固體E=V(R)()()、以化學反應動力學之碰撞理論而言,反應物分子碰撞頻率的增加將有利反應的進行,因而不勻相反應比勻相反應較不利於反應的進行,而要觸媒以催化其反應。在本研究中卻發現碘化鉀結晶與雙氧水的不勻相反應速率較快於相對應的勻相反應,其中以HOKI固體反應更為顯著。實驗結果顯示KI固體在HO水溶液()()中之溶解及溶合過程在其反應中也扮演相當重要的角色。由於HO及HO有相近的高介電常數:時,(HO),(HO):,它們均為KI固體的極佳的離子化溶劑,因而將產生()KI晶體KI粉末KI溶液CuCl晶體CuCl粉末CuCl溶液CuClHO晶體血壓計的壓力(mmHg)CuClHO粉末CuClHO溶液時間(秒)圖一a、雙氧水被不同離子催化產生氧氣的壓力變化帄均時間(分)KI晶體KI粉末催化劑種類KI溶液圖一b、汽球膨脹到固定體積時,不同催化劑狀態所需帄CuCl〃HO晶體均時間CuCl〃HO粉末CuCl〃HO溶液競爭溶解及溶合(competitivedissolutionandsolvation)現象。因此CuCl晶體CuCl粉末CuCl溶液MnO粉末KX固體在水中之溶解度(solubility)其熵(entropy)的變化有密切關()係。由KX固體,K溶液及X溶液之標準莫耳熵:單位為JKmol:的()()()資料((KI固體及(I溶液))。在時,KI固體溶於HO的()()()情形預期將有類似的結果,但過程更為複雜。有別於水,HO除了可溶解KX固體外又可進一步與X離子進行氧化還原反應而導致()催化分解反應,見(圖二a、b)。、汽球實驗要注意汽球要先吹脹過一兩次,新的汽球第一次吹脹必須要比較強的壓力,會干擾到實驗測量,顯示結果差異也會有所不同,血壓計的測量就較為穩定(圖一a、b)。KI晶體KI粉末KI溶液血壓計的壓力(mmHg)時間(秒)圖二a、碘化鉀在不同狀態下和雙氧水反應產生氧氣的壓力變化帄均時間(分)KI晶體KI粉末KI溶液種類圖二b、不同狀態碘化鉀催化使汽球膨脹至固定體積所需帄均時間、在邱一峰(术國年)陰離子催化雙氧水的研究中已證明Cl:溶液:對HO:溶液:的催化作用不顯著,在實驗時KCl:固體:分解HO血壓計水銀柱並未上升,所以選擇CuCl:固體:及CuClHO:固體:做為一價銅離子及二價銅離子的比較。(二)、催化劑在不同狀態對雙氧水反應的影響、碘化鉀和氯化亞銅在實驗中均出現固體狀態的催化能力較溶液狀態強。KI:固體:粉末KI:固體:晶體KI:溶液:,CuCl:固體:粉末CuCl:固體:晶體CuCl:溶液:。、以化學反應動力學之碰撞理論而言,反應物分子碰撞頻率的增加將有利反應的進行,因而不勻相反應比勻相反應較不利於反應的進行,而須要觸媒以催化其反應,實驗中CuClHO就是很好例子,研究中卻發現碘化鉀和氯化亞銅與雙氧水的不勻相反應速率較快於其相對應的勻相反應。實驗結果顯然二者在HO水溶液之溶解及溶合過程在其反應中也扮演重要的角色。由於HO及HO有相近的高介電常數(時、HO()、HO())它們均為KI:固體:及CuCl:固體:極佳的離子化溶劑,因而將產生競爭溶解及溶合(competitivedissolutionandsolvation)現象,見(圖二、三)。、二價銅離子與HO的反應過程中會有振盪反應的現象,開始反應激烈而趨於帄緩,見(圖一a)。MnO粉末KI粉末CuCl粉末血壓計的壓力(mmHg)CuClHO粉末時間(秒)圖三、不同離子與雙氧水反應產生的氧氣壓力變化、觸媒催化分解雙氧水產生氧氣的效果為KI(粉末)CuClHO(粉末)MnO(粉末)CuCl(粉末),其中CuCl為觸媒時,氧氣壓力在後半段反應中有明顯下降之趨勢。圖一a顯示在類似反應條件下,CuCl及CuCl不同物理狀態對雙氧水催化分解反應的影響。其結果顯示催化效果依序為(a)CuCl(粉末)CuCl(晶體)CuCl(溶液)々(b)CuCl(溶液)CuCl(粉末)CuCl(晶體)。CuCl為觸媒時均顯示氧氣在達最大壓力後呈現顯著下降趨勢(見圖一a和圖三)。(三)、酸鹼度的影響、雙氧水為了求氧化能力下降而混合酸性的硝酸水溶液,所以酸鹼度會影響到雙氧水的氧化能力。、在反應的前秒,由圖四中可得到鹼性溶液中雙氧水被碘化鉀的催化反應較酸性溶液快,主要是因碘化鉀晶體與雙氧水的反應,開始時酸性的雙氧水會先酸鹼中和釋放促進反應的熱量,但是碘化鉀溶液的反應就不同,沒有固體溶解的能量來啟動反應時,酸性溶液中就更容易產生反應,因為碘化鉀與雙氧水反應會產生鹼性物質此時就和酸中和提供更多能量反應就會更迅速,甚至有過反應現象。pH=KI晶體pH=KI粉末pH=KI溶液pH=KI晶體pH=KI粉末pH=KI溶液血壓計的壓力(mmHg)時間(秒)圖四、不同酸鹼值對碘化鉀與雙氧水反應的影響六、結論(一)、雙氧水和水競爭溶解及溶合碘化鉀和氯化亞銅結晶,同時伴隨氧化還原及催化分解反應的進行而產生氧氣。(二)、利用血壓計測量雙氧水分解反應的前秒活性為〆KI粉末CuClHO粉末MnO粉末CuCl粉末。(三)、KI:固體:KI:溶液:々CuCl:固體:CuCl:溶液:。(四)、二價銅離子在與雙氧水反應時會有振盪反應的出現。(五)、汽球測量雖然比較不準確,但是卻比較有趣,也可用來測量反應速率較快的氣體反應。七、參考文獻國立編譯館,國中理化,第一冊第四章國立編譯館,國中理化,第三冊第十八章林敬二,楊美惠,楊寶旺,廖德章,薛敬和,化學大辭典,高立圖書公司,P邱一峰,國際科展香港札選代表作品,术

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