乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定.docx

乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定一、 实验目的（1） 通过电导法测定乙酸乙酯皂化反应速度常数。（2） 求反应的活化能。（3） 进一步理解二级反应的特点。（4） 掌握电导仪的使用方法。二、 实验原理乙酸乙酯的皂化反应是一个典型的二级反应：CH3COOC2H5+OH-CH3COO-+C2H5OH设在时间t时生成物浓度为x，则该反应的动力学方程式为 -dxdt=k(a-x)(b-x) （2-41）式中，a, b分别为乙酸乙酯和碱（NaOH）的起始浓度，k为反应速率常数，若a=b，则（2-41）式变为 -dxdt=k(a-x)2 （2-42）积分（2-42）式，得 k=1txa(a-x) （2-43）由实验测得不同t时的x值，则可依式（8-3）计算出不同t时的k值。若果k值为常数，就可证明反应是二级的。通常是作xa(a-x)对t图，若所得的是直线，也可证明反应是二级反应，并可从直线的斜率求出k值。不同时间下生成物的浓度可用化学分析法测定（例如分析反应液中的OH-浓度），也可以用物理化学分析法测定（如测量电导）。本实验用电导法测定x值，测定的根据如下：（1）溶液中OH-离子的电导率比Ac-离子（即CH3COO-）的电导率大很多（即反应物与生成物的电导率差别大）。因此，随着反应的进行，OH-离子的浓度不断降低，溶液的电导率也就随着下降。（2）在稀溶液中，每种强电解质的电导率与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成溶液的电解质的电导率之和。依据上述两点，对乙酸乙酯皂化反应来说，反应物与生成物只有NaOH和NaAc是强电解质，乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性，它们的浓度变化不致影响电导率的数值。若果是在稀溶液下反应，则0=A1a=A2at=A1a-x+A2x式中：A1，A2是与温度、溶剂、电解质NaOH及NaAc的性质有关的比例常数；0，分别为反应开始和终了时溶液的总电导率（注意这时只有一种电解质）；t为时间t时溶液的总电导率。由此三式，可得到x=(0-t0-) （2-44）若乙酸乙酯与NaOH的起始浓度相等，将（2-44）式代入（2-43）式，得k=1ta0-t0- （2-45）由（2-45）式变换为 t=0-tkat+ （2-46）作t0-tt图，由直线的斜率m可求k值，即m=1ka,k=1ma由（2-43）式可知，本反应的半衰期为：t12=1ka （2-47）可见，两反应物起始浓度相同的二级反应，其半衰期 t12与起始浓度成反比，由（2-47）式可知，此处 t12亦即作图所得直线之斜率。若由实验求得两个不同温度下的速度常数k，则可利用公式（2-48）计算出反应的活化能Ea。lnk2k1=EaR(1T1-1T2) （2-48）三、 实验仪器和药品1. 仪器恒温槽1套；移液管（20ml）2支；电导仪1套；比色管(50ml)2支；双叉管1支；秒表1块；烧杯（250ml）1只；容量瓶（100ml）2只。图2-34 电导池1.橡皮塞；2.电导电极；3.双叉管2. 药品0.02mol/L NaOH溶液；0.02mol/L CH3COOC2H5溶液；0.01mol/L NaOH溶液；0.01mol/L CH3COONa溶液。四、 实验步骤（1）了解和熟悉DDS-11A型电导率仪的构造和使用注意事项（2）准确配制0.02 mol/L的NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液。调节恒温槽温度至25，调试好电导仪。将电导池（如图2-34）及0.02 mol/L的NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液浸入恒温槽中恒温待用。（3）分别取适量0.01 mol/L的NaOH溶液和CH3COONa溶液注入干燥的比色管中，插入电极，溶液面必须浸没铂黑电极，置于恒温槽中恒温15min，待其恒温后测其电导，分别为0和值，记下数据。（4）取250.02 mol/L的CH3COOC2H5溶液和250.02 mol/L的NaOH溶液，分别注入双叉管的两个叉管中（注意勿使两种溶液混合），插入电极并置于恒温槽中恒温10min。然后摇动双叉管，使两种溶液均匀混合并导入装有电极一侧的叉管之中，同时开动停表，作为反应的起始时间。从计时开始，在第5min、10min、15min、20min、25min、30min、40min、50min、60min分钟各测一次电导值。（5） 在35下按上述步骤四进行实验。五、 实验数据及处理（1）将测得数据记录于下表：实验数据记录室温：25.0 大气压：724.725mmHg CNaOH =0.02mol/LCCH3COOC2H5=0.02mol/L k0=0.195S/m k=0.062S/m25t/minkt(k0-kt)/t/(S/m)/S/(mmin)00.1890.000000 50.1820.002600 100.1720.002300 150.1620.002200 200.1560.001950 250.1490.001840 300.1440.001700 350.1370.001657 400.1340.001525 450.1280.001489 根据上图可知直线方程为：t=47.1510-tt+0.0611由t0-tt可得，直线的斜率m=1ka=47.151，并且a=120.02=0.01mol/L则:速率常数k=1ma=147.1510.01=2.121Lmol-1min-1半衰期t12=1ka=12.1210.01=47.148min=47.1510.195-0.12845+0.0611=0.131S/m实验数据记录室温：35.0 大气压：724.725mmHg CNaOH =0.02mol/LCCH3COOC2H5=0.02mol/L k0=0.258S/m k=0.087S/m25t/minkt(k0-kt)/t/(S/m)/S/(mmin)00.1710.000000 50.1660.018400 100.1450.011300 150.1350.008200 200.1310.006350 250.1260.005280 300.1210.004567 350.1190.003971 400.1160.003550 450.1140.003200 根据上图可知直线方程为：t=3.3480-tt+0.108由t0-tt可得，直线的斜率m=1ka=3.348，并且a=120.02=0.01mol/L则:速率常数k=1ma=13.3480.01=29.869Lmol-1min-1半衰期t12=1ka=129.8690.01=3.348min=3.3480.258-0.11445+0.108=0.119S/m根据活化能计算公式：lnk2k1=EaR(1T1-1T2)则有：Ea=lnk2k1R1T1-1T2=ln29.8692.1218.3141298.15-1308.15=202032.74Jmol-1=202.03kJmol-1六、 实验注意事项（1）电极的引线不能潮湿，否则将测不准。（2）注意每次测量之前都应该校正。（3）进行实验时，溶液面必须浸没电极，实验完毕，一定要用蒸馏水把电极冲洗干净并放入去离子水中保存。七、 实验思考题（1）为什么以0.01mol/L的NaOH溶液和0.01mol/L的CH3COONa溶液测得的电导，就可以认为是G0和G。答:0是二级反应：CH3COOC2H5+OH-CH3COO-+C2H5OH体系t=0时的电导率，但是CH3COOC2H5与NaOH混合的瞬间就已开始反应，因而混合后第一时间测的也不是t=0时的电导率。根据CH3COOC2H5与NaOH体积和浓度都相等，二者混合后浓度均稀释一倍，若忽略CH3COOC2H5的电导，0.0100mol/LNaOH所测即为0。是反应完全时，CH3COONa的浓度和t=0时NaOH浓度相同，若忽略C2H5OH的电导率，0.0100mol/L的CH3COONa所测即为。故0.01 mol/L的NaOH溶液和0.01 mol/L的CH3COONa溶液测得的电导，就可以认为是G0和G(2)为什么本实