催化剂
10^-4K/S-1
六、结果与讨论
由图和数据比较分析可以得出：在以上八组不同组分催化剂中， Co,Fe摩尔比2:3的催化剂效果最好，Co,Fe摩尔比3:3的催化剂效果最 差，具体催化效果可由图和数据查看得到。
七、误差分析。
1.称量误差,以及在转药品是纸上有一定量的残留。 称量CuCl2﹒6H2O和FeCl3 ﹒6H2O时的误差 2.滗洗时将部分的产物倒掉而导致的 3.测定过氧化氢时其浓滴定时，读数误差
Fe（1:3） Fe（3:3） (1:3) (2:3)
Cu:Fe (3:3)
5.00
3.83
23
42
54
9
36
6.00
3.81
84
66
169
43
94
7.00
3.79
122
78
318
80
125
8.00
3.76
159
9.00
3.74
210
10.00
3.72
227
11.00
3.69
254
12.00
3.67
3.以H2O2的催化分解反应评价所制备的催化剂的活性。
4.随着科学社会的发展,能源问题已经成为普遍关注的社会问题,研制和
开发廉价的清洁能源迫在眉睫，H2—O2燃料电池是普遍认为的清洁能 源，广泛运用于高端的科技探索——火箭的发射、H2—O2燃料电池汽车 等。
5.在能源日益短缺的今天，新能源受到愈来愈多的关注，而氢氧燃料电 池则是一种有着很大优点的一种能源。其具有对环境友好的特点受到极 大亲睐。但在生产过程中，对催化剂的要求十分迫切，本实验力求在这 一方面做一些研究，并对催化剂的催化效率与MnO2作一些比较。
化剂。 取5ml3%的H2O2溶液于锥形瓶中，加入5ml3mol/L-1 的H2SO4 溶液及
20ml H2O，用0.1 mol/L-1 KMnO4标准溶液滴定，并计算H2O2 初始量浓 度，以确定V∞。
五、实验数据记录及处理
（1）实验温度:28℃ 压强:98.5kPa. （2）V∞的测定（2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O + 5O2↑）
Ln[(V∞—V t)/ V∞ ] = — kt 速率常数k与温度t一般符合阿累尼乌斯公式：
Ln(k/[k]) = — Ea/R ﹡ (1/T) + B
其定积分形式表示为： Ln(k1/k2) = Ea/R * [ (T1—T2)/(T1 * T2)]
式中：Ea 为反应的表观活化能。 可以比较不同催化剂表观活化能的大小来评价催化剂的活性。
4系统误差及其他人为误差
八、氢氧燃料电池催化剂及其发展的一点思考
鉴于能源对一个国家和民族的发展与生存的不可比拟的重要性， 鼓励发展新能源将对人民福祉作出不言而喻的意义。 1.Cu-Fe系催化剂应可加入其他元素（例如稀土元素），加以探索可能 提高催化 效能。 2.氢氧燃料电池的制备方式是否可以该一种制造方式，比如说内部的 气体氧化和还原的方法与机理等。 3.是否可以考虑用其他氧化剂代替O2而生产出H2—X 燃料电池,(当然 要求产物无污染且尽可能的易得与价廉).
O2 + 2 H2O + 2e- === H2O2 + 2OH或 O2 + H2O + 2e- === HO2- + OHH2O2 继续分解：
H2O2 === 1/2 O2 + H2O HO2- === 1/2 O2 + OH再生的O2又循环继续发生反应。 生成的H2O2 分解缓慢，是整个原电池反应的控制步骤 按上述机理，可根据催化剂在KO
3、 实验仪器及所需试剂
1.仪器：锥形反应瓶；量气装置；电子秒表；移液管；滴定管；水准瓶 等。 2.试剂：3% H2O2溶液；1mol/L-1KOH溶液；0.1 mol/L-1 KMnO4标准溶 液；3mol/L-1H2SO4 溶液；化学纯CuSO4·5H2O; FeCl3·6H2O;CoCl2 ·6H2O;5 mol/L-1 NaOH溶液等。
十、参考文献
1．成都科技大学物化教研室编.物理化学实验（第三版）. 北京：高 等教育出版社，1991 2．杨世珖等编. 近代化学实验. 北京：石油工业出版社；2004 3．互联网资料（包括CA等）
值。铂黑和银黑有很高的催化活性，但价格太高，不适宜工业生产；经
过实验研究发现具有尖晶石结构
的CuxFe3-xO4,CoxFe3-2xO4等对O2的还原具有较高活性，而用沉淀法制备 这类催化剂并不难。
根据对O2 电极反应机理研究得出，电极催化反应过程要生成中间产物 H2O2（碱性溶液中主要以HO2- 形式存在），反应如下：
284
13.00
3.64
14.00
3.61
93
563
92
155
108
495
117
181
121
576
136
203
136
664
155
223
150
747
175
240
167
192
260
177
209
276
Vt(mL)
5
6.5
7.85
10.15
11.4
11.95
Ln T/s
∞ (V 剂 化 催 Ln T/s
∞ (V 剂 化 催
九、试验过程注意事项
1.催化剂制备过程应该注意操作的安全性,避免产生不必要的伤害;特别 是过滤过程,一定要先倾入上层清液,在将沉淀均匀的铺在滤纸上,这样 抽滤快,而且不会抽坏滤纸.
2.催化剂评价过程中,催化剂一定要研细;测量之前一定要检查是否漏气; 每次读数时水准瓶液面一定要与量气筒液面平齐,这样可消除不同体积 的压力差,达到每次测量体积时气体内部压力相同. 3.数据处理过程一定要注意数据的准确性和步骤的可行性
二、催化剂的研制思路与活性评价原理
H2—O2燃料电池可以用下式表示: _ |O2(g)|Pt(+
电池反应为：
)Pt|
H2(g)|H+||H2O,OH-
H2 电极 2H2 + 4OH- === 4H2O + 4eO2 电极 O2 + 2 H2O + 4e- === 4OH-
室温下O2在一般电极材料上还原很慢， 必须使用有效的催化剂加速这一反应，才能使燃料电池具有实用价
课 程 近代化学 试验项目 H2-O2燃料电池催化剂研制 成绩
实验
与活性分析
专业班 级
学号
指导老师
姓名
同组人姓 名
实验日期
一、研究目的与背景
1.学习和了解H2—O2燃料电池催化剂的研制现状，展望高环保要求清洁 能源。
2.用沉淀法制备CuxFe3-xO4,CoxFe3-2xO4等对O2的还原具有较高活性的催 化剂。
四、催化剂的制备及活性评价过程
1．催化剂的制备
反应如下： CuSO4 + FeCl3 + NaOH → CuxFe3-x（OH）4 + NaCl + Na2
SO4 （CoCl2 FeCl3 + NaOH → CoxFe3-x（OH）4 + NaCl ） O2 + CuxFe3-x（OH）4 → CuxFe3-xO4 + H2O
3.83 3.8 3.77 3.72 3.68 3.67
Co： Fe（2:3）
360 420 471 525 603 660
Co：
Co：
Co： Cu:Fe Cu:Fe Cu:Fe MnO2
Fe（1:3） Fe（2:3） Fe（3:3） (1:3) (2:3) (3:3)
-6.44
-5.87
-16.58 -2.40 -11.44 -9.80 -8.88
2．催化剂的活性评价
在反应器中加入10ml 1mol/L-1 的KOH溶液和5ml3%的H2O2溶液及 20ml H2O;准确称取0.5g催化剂加入反应器托盘中，塞好瓶塞，并检查 是否漏气；调节水准瓶使量气筒初始液面在零刻度。
关闭旋塞，摇动锥形瓶洗入催化剂，同时开始计时，开动电磁搅拌
器，并记录产生每ml体积的O2 所经历的时间。 取下锥形瓶洗净，换另一催化剂重复同样操作，共测定以上8种催
（O2 + CoxFe3-x（OH）4 → CoxFe3-xO4 + H2O） 称取X g CuSO4 ·5H2O（或者CoCl2 ·6H2O）于50ml大烧杯中，加 20ml水溶解；称取（5—X）g FeCl3·6H2O于另一烧杯中，加20ml 水溶解。 将FeCl3溶液洗如250ml烧杯内，在搅拌下缓慢加入CuSO4溶液，最 后体积约为60ml;在剧烈搅拌下缓慢加入5 mol/L-1 NaOH溶液，直到 pH≈12.5。在水浴中保温30min并在室温下静置沉降，用蒸馏水滗洗沉 淀，直到洗水接近中性为止。将沉淀抽滤，在85℃～100℃干燥过夜， 研磨成粉状。 按上述方法分别制备Cu(Co)、Fe摩尔比(1 ：3)、(2 ：3)、(3 ： 3)的六种催化剂，以备后用。
c[KMnO4溶液]/ mol/L-1
V[KMnO4溶液]/ml
V[H2O2溶]/ml
0.1000
15.50
5.00
计算得：初始浓度: 完全反应H2O2体积:
1) Vt的测定
c[H2 O2溶液]= 0.775mol/L-1 V∞ [O2] = 51.21ml
Vt(mL)
Co：
Co： Cu:Fe Cu:Fe
H溶液中的分解H2O2的能力来考察其对O2电极的还原活性。
在碱性溶液中，H2O2的分解属于一级，其速率方程式为：