一種測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型是一種測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置。本實用新型的測定過氧化氫催化反應速率的裝置，包括有攪拌器、反應器、進氣閥、皂泡量氣管，其中反應器中加入攪拌子，反應器置于攪拌器內，反應器的瓶口塞有一個橡膠塞，皂泡量氣管通過進氣閥與反應器相通。本實用新型測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，設計巧妙，方便實用，能夠測定過氧化氫催化分解的反應速率常數和半衰期。本實用新型測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置的測定方法，克服了一般的水準瓶量氣法中需人手操作水準瓶帶來的實驗誤差較大和繁瑣的這一缺陷，同時能夠很好地把握過氧化氫催化反應的起點，簡單方便，重復性強，獲得的數據的準確性更好。
【專利說明】-種測定過氧化氨催化分解反應速率的裝置
【技術領域】
[0001] 本實用新型是一種根據皂泡量氣法測定過氧化氨催化分解反應速率而設計的裝 置，屬于測定過氧化氨催化分解反應速率的裝置的創新技術。
【背景技術】
[0002] 目前，物理化學實驗室普遍使用的測定過氧化氨催化分解的反應速率及半衰期的 裝置，都是使用排水法量氣法測量反應中產生的氣體體積，即為反應產生氣壓和大氣壓相 等的條件下，測定反應過程中生成氣體體積隨時間的變化，通過氣體體積與反應物濃度的 關系計算的出反應速率常數。如文獻"物理化學實驗，潘湛昌，化學工業出版社，2008年7 月"中講述到的，為了測出隨時間變化的反應產生的氧氣體積，則要求人用手上下舉動水準 瓶W平衡內外壓力來測量生成的氧氣的實驗裝置，裝置要求測量時水準瓶的液面與量氣管 液面保持同一水平，而且要在生成等體積的氧氣的時候讀取反應時間。由于需要人手控制 量氣管液面與水準瓶液面保持一致，易出現內外不等壓的情況，導致觀察體積變化誤差較 大。另外，原水準瓶量氣法由于是先加入一定量的過氧化氨和催化劑后再組裝好裝置，然后 才開始測量氣體體積，該個過程中其實過氧化氨已經發生催化分解反應，因此會導致對反 應起始點的誤判。
[0003] 有部分文獻通過改變測量的方法來提高準確性，如專利號CN 103499513 A說到 的一種新型的過氧化氨催化分解的裝置和方法，該種方法利用精密的數字壓力計的簡單組 裝來測定過氧化氨催化分解得出的氧氣的壓強，該種方法雖然能夠提高測量的準確性，但 是所用的器材較貴，不適宜推廣和普及。
[0004] 有文獻也使用了生成皂泡的方法來測定過氧化氨分解反應的速率，在文獻"'不同 催化劑對過氧化氨分解反應速率影響'實驗裝置設計與探究，滄州師范專科學校學報，2008 年9月，第24卷第3期"中，講述到利用玻璃量氣管和皂泡上升的方法來測定過氧化氨的催 化分解速率，該種裝置無法準確地測定出過氧化氨催化分解反應的速率常數，只能得出過 氧化氨的平均分解速度，對于實驗的起點把握不準。在文獻"基礎化學實驗教程，古鳳才，肖 衍繁，北京科學出版社，2000年"中說到的測定過氧化氨催化分解速率的裝置，該種裝置雖 然也是使用了皂泡法來測定生成的氧氣的體積，但是它使用了先加入催化劑再反應的測量 方法，該樣已經在測定第一個數據的時候，已經有了部分的氧氣分解逸散掉了，必定會影響 實驗的準確性；另外該個裝置使用了橡皮打氣球，會使得皂泡的初始位置較高，還有使用了 量程較小的皂泡流量計，該樣的裝置會使得能夠被測定的數據減少，影響實驗的準確性。
[0005] 有部分文獻通過改進裝置來提高水準瓶量氣法的準確性在文獻"對&〇2催化分解 反應實驗的改進，楊敏，大學化學，2003年12月，第18卷，第6期"講述的測定過氧化氨催 化分解的新型實驗裝置，該裝置雖然使用了注射法來把反應物注射到反應器中，但是所使 用的量氣方法仍是誤差較大、難W簡單操作的水準瓶量氣法。在文獻"過氧化氨催化分解實 驗的改進，趙二勞，甘肅聯合大學學報（自然科學版），2008年3月，第22卷第2期"講述 到的測定過氧化氨催化分解的新型實驗裝置，使用了精密數字壓力計來檢驗上下舉動水準 瓶的時候，反應器內外壓力是否相等，該樣的裝置雖然提高了準確性，但是人為操作所產生 的誤差還是較大。 實用新型內容
[0006] 本實用新型的目的在于考慮上述問題而提供一種設計合理，結構簡單，且能提高 測定準確性的測定過氧化氨催化分解反應速率的裝置。本實用新型能夠比較方便而且準確 地測定出過氧化氨的反應速率常數和半衰期。
[0007] 本實用新型的技術方案是；本實用新型的測定過氧化氨催化分解反應速率的裝 置，包括有攬拌器、反應器、進氣閥、皂泡量氣管，其中反應器中加入攬拌子，反應器置于攬 拌器內，反應器的瓶口塞有一個橡膠塞，皂泡量氣管通過進氣閥與反應器相通。
[0008] 上述攬拌器是磁力攬拌器。
[0009] 上述進氣閥是H通閥。
[0010] 上述反應器包括有瓶體及塞在瓶口中的橡膠塞，其中橡膠塞中插有一個注射器針 頭和一截L型玻璃連接管，L型玻璃連接管的一端插入反應器的中空腔體內，L型玻璃連接 管的另一端通過進氣閥與皂泡量氣管相通。
[0011] 上述皂泡量氣管包括有T型玻璃連接管及堿式滴定管，堿式滴定管與T型玻璃連 接管之間用橡膠管連接。
[0012] 上述反應器的瓶體為錐形瓶。
[0013] 本實用新型的有益效果是，相比現有的測定過氧化氨催化分解的反應速率及半衰 期的水準瓶等壓量氣法實驗裝置，本實用新型采用了皂泡量氣法和催化劑的快速注射法， 能夠大大地減少了原實驗中的繁瑣步驟，減小了原來由于人手操作水準瓶來讀數而產生的 實驗誤差，提高了實驗的可重復性和實驗數據的可信度。另外，通過催化劑的快速注射法， 能夠較準確地把握反應的起始點，減少了數據的誤差。另外，本實用新型通過利用注射器來 控制皂泡的發生和起始的位置，能夠獲得更多的實驗數據，W減小實驗誤差。本實用新型所 用的器材均可W在普通物理化學實驗室找到并組裝，不需另外購買，提高了實驗的準確性 同時又減少了實驗成本。本實用新型是一種設計巧妙，方便實用，性能優良的測定過氧化氨 催化分解的裝置及方法。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014] 圖1為本實用新型的結構示意圖；
[001引圖2為本實用新型實施例1的t-ln(v。-Vt)圖；
[0016] 圖3為本實用新型實施例2的t-ln(Vw -Vt)圖；
[0017] 圖4為本實用新型實施例3的t-ln(Vw -Vt)圖。
【具體實施方式】 [001引 實施例
[0019] 本實用新型的結構示意圖如圖1所示，本實用新型的測定過氧化氨催化分解反應 速率的裝置，包括有攬拌器1、反應器2、進氣閥3、皂泡量氣管4,其中反應器2中加入攬拌 子，反應器2置于攬拌器1內，反應器2的瓶口塞有一個橡膠塞，皂泡量氣管4通過進氣閥 3與反應器2相通。
[0020] 本實施例中，上述攬拌器1是磁力攬拌器。上述進氣閥3是H通閥。上述反應器2 的瓶體為錐形瓶。反應器2中加入攬拌子，反應器置于攬拌器4內。本實用新型使用針筒 快速注射方式加入催化劑。
[0021] 本實施例中，上述反應器2包括有瓶體及塞在瓶口中的橡膠塞，其中橡膠塞中插 有一個注射器針頭和一截L型玻璃連接管，L型玻璃連接管的一端插入反應器2的中空腔 體內，L型玻璃連接管的另一端通過進氣閥3與皂泡量氣管4相通。
[0022] 上述皂泡量氣管4包括有T型玻璃連接管及堿式滴定管，堿式滴定管與T型玻璃 連接管之間用橡膠管連接。本實施例中，皂泡量氣管4為下端接一個T型玻璃連接管，T型 玻璃連接管下端又接了一個膠頭的堿式滴定管，上述T型玻璃連接管的上端連接去除堿式 滴定管的下橡皮管和玻璃珠的長直玻璃部分，下端連接了一個膠頭，而且堿式滴定管連接 部分為其半徑較小的下端部分。
[0023] 本實用新型測定過氧化氨催化分解反應速率的方法，包括有如下步驟：
[0024] 1)檢驗裝置的氣密性并用服皂水潤洗堿式滴定管3?4次；
[00巧]2)打開H通活塞3,連通大氣。用醫用注射器小也吸取IOmLKI溶液，用移液管往 錐形瓶里加入5mLH2〇2+25血水，小也組裝好裝置；
[0026] 3)擠壓膠頭，用50ml的注射器吹出一個低位置的服皂泡，關閉H通活塞3 ;
[0027] 4)低速開動磁力攬拌器1，待轉子運行正常后，馬上快速地把醫用注射器的活塞 壓到底，此時皂泡將上升到一個位置，記錄此位置為時間起點，從此皂泡每上升2mU記錄一 次時間t，記錄15?17組數據；
[002引 W列出t，V" Vw，Voo -V" In(V。-Vt) ;Vt為體積間隔，t為生成相應的氣體體積時 間，V=O為&02全部分解的時候得到的0 2體積；
[002引 6)測定&02的初濃度C A.0;
[0030] 7) W In (Vw -Vt)對 t 作 t-ln (Vw -Vt)圖，求出直線的斜率 ki
[0031] 8)計算出反應速率系數ki和半衰期t 1/2
[0032] 本實施例中，本實用新型是由磁力攬拌器、反應器、H通活塞、皂泡量氣管組成。實 驗過程中可直接測定出生成的氧氣的體積，再經過氣體狀態方程W及所產生的氣體體積與 反應物濃度的關系來計算得到過氧化氨催化分解的反應速率及半衰期。
[0033] 本實用新型的工作原理如下：
[0034] 過氧化氨在沒有催化劑時，分解反應進行得很慢，加入催化劑時能促進其分解。過 氧化氨分解的化學計量式如下：
[00巧]&〇2 - H 2〇+1/2〇2
[0036] 很多物質都能對該一反應起催化作用，如笛、銀、鉛、二氧化猛、H氯化鐵W KI等。 本實驗是W KI作催化劑，研究&化分解反應的動力學。
[0037] 在本實驗條件下，過氧化氨的分解是一級反應。若W a表示&化的起始濃度，X表 示在時刻t時已經分解掉的&化的濃度，則所剩余的H 2化的濃度為（a-x)，于是有：
[0038] 些= /(|("-.v) (it
[0039] 積分上式：In(a-x)二-kit+lna
[0040] 式中ki為反應速率常數，它的大小表征著反應速率的快慢。Ina為積分常數，可由 t = 0, X = 0該一邊界條件得出。
[00川在&化的催化分解中，t時刻H 202的濃度C t可通過測量在相應的時間內分解放出 的氧氣的體積得出。因分解過程中放出氧氣的體積與分解了的&化的濃度成正比，其比例 常數為定值。令V -表示&02全部分解放出的氧氣體積，V t表示H 202在t時刻分解放出的 氧氣的體積，則；
[004引 C0KVw;Ct-(Vw-Vt)
[004引式中，Q、Ct分別代表H 202在t = 0和t = t時的濃度。將上面關系式代入一級反 應速率方程的定積分表達式，則有：
[0044]
【權利要求】
1. 一種測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征在于包括有攪拌器（1)、反應 器（2)、進氣閥（3)、皂泡量氣管（4)，其中反應器（2)中加入攪拌子，反應器（2)置于攪拌器 (1)內，反應器（2)的瓶口塞有一個橡膠塞，皂泡量氣管（4)通過進氣閥（3)與反應器（2)相 通。
2. 根據權利要求1所述的測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征在于上述攪 拌器（1)是磁力攪拌器。
3. 根據權利要求1所述的測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征在于上述進 氣閥（3)是三通閥。
4. 根據權利要求1所述的測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征在于上述反 應器（2)包括有瓶體及塞在瓶口中的橡膠塞，其中橡膠塞中插有一個注射器針頭和一截L 型玻璃連接管，L型玻璃連接管的一端插入反應器（2 )的中空腔體內，L型玻璃連接管的另 一端通過進氣閥（3 )與皂泡量氣管（4)相通。
5. 根據權利要求1至4任一項所述的測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征 在于上述皂泡量氣管（4)包括有T型玻璃連接管及堿式滴定管，堿式滴定管與T型玻璃連 接管之間用橡膠管連接。
6. 根據權利要求5所述的測定過氧化氫催化分解反應速率的裝置，其特征在于上述反 應器（2)的瓶體為錐形瓶。
【文檔編號】G01N7/18GK204154596SQ201420420554
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】黃浩煒, 陳鐘鳴, 林瑜純, 區燕婷, 潘湛昌 申請人:廣東工業大學