电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数.doc

电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 I 目录 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 2 一 实验目的 2 二 基本原理 2 三 仪器试剂 3 1 仪器 3 2 试剂 3 四 实验步骤 3 五 实验数据及处理 4 六 思考题 7 七 注意 7 八 所有物质的包括四种模型三维优化结构 所有物质的最低能量及 部分键长键角 7 1 CH3COOC2H5 7 2 C2H5OH 11 3 NaOH 14 4 CH3COONa 15 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 现代教育技术作业 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速 率常数 一 实验目的一 实验目的 1 了解二级反映的特点 学会用图解计算法求取二级反映的速率常数 2 用电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 了解反应活化能的测定 方法 二 基本原理二 基本原理 乙酸乙酯皂化是一个二级反应 其反应式为 CH3COOC2H5 Na OH CH3COO Na C2H5OH 在反应过程中 各物质的浓度随时间而改变 某一时刻的 OH 离子浓 度可用标准酸进行滴定求得 也可通过测量某些物理性质而得到 用电导 仪测定溶液的电导值随时间的变化关系 可以检测反应的进程 进而可G 求算反应的速率常数 二级反应的速率与反应物的浓度有关 如果反应物 CH3COOC2H5和 NaOH 的初 始浓度相同 则反应时间为 t 时 反应所产生 的 CH3COO 和 C2H5OH 的浓度为 而 CH3COOC2H5 和 NaOH 的浓度x 为 设逆反应课忽略 则反应物和生成物的浓度随时间的变化关系为 xc CH3COOC2H5 NaOH CH3COONa C2H5OH 000 tcc tt xc xc xx tc c c c 对上述二级反应的速率方程可表示为 1 积分得 2 xcxckdtdx xccxkt 显然 只要测出反应进程中 时的值 再将 代入上式 就得到txc 速率常数值 k 由于反应物是稀的水溶液 故可假定 CH3COONa 全部电离 则溶液 中参与导电的离子有 Na OH 和 CH3COO 等 而 Na 在反应前后浓 度不变 OH 的迁移率比 CH3COO 的大得多 随着反应时间的增加 OH 不断减少 而 CH3COO 不断增加 所以体系的电导值不断下降 在一 化学与化学系实验报告 2 定范围内 可以认为体系电导值的减少量与 CH3COONa 的浓度的增加量x 成正比 即 3 0 t 0t GGx 4 tt 0 GGc 式中和 分别为溶液起始和 时的电导值 为反应终了时的 0 G t Gt G 电导值 为比例常数 讲式 3 和 4 代入 2 得 5 0000 GGcGGGGGGGGkt tttt 或 6 cktGGGG tt 0 从直线方程式 6 可知 只需测出 以及一组值 利用 0 G G t G 对 作图 应得一直线 由斜率即可求得反应速率常 0 GGGG tt t 数值 的单位为 kkLmol 11 min 三 仪器试剂三 仪器试剂 1 仪器仪器 数字式电导率仪 1 套 恒温水浴 1 套 双管电导池 1 套 移液管 3 支 25ml 烧杯 100ml 2 个 停表 1 只 2 试剂 试剂 1 自制 0 02mol L 的乙酸乙酯溶液 分析纯乙酸乙酯 液体 M 88 11g mol M 99 5 0 901g L 2 自制 0 01mol L 的醋酸钠溶液 M 82 03g mol M 99 0 3 自制 0 02mol L 的氢氧化钠 称取氢氧化钠大约在 1 9530 1 9734 g 时 其浓度值在 0 02mol Ll 左右 要用邻苯二甲酸氢 钾 0 1689g L 进行标定 4 0 01mol L 的氢氧化钠经稀释可得 四 实验步骤四 实验步骤 1 熟悉电导率仪的使用方法 2 调节恒温水浴为所要求之温度 25 30 开启电导仪的电源 进行预热 3 预习时首先将两个双口电导池及单口电导池洗净 烘干 待用 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 3 4 G0 G 的测定 用两个单口电导池分别盛入 0 0100M 的氢氧化 钠 35ml 用以测定 G0 和 0 0100M 的醋酸钠 35ml 用以测定 G 恒温 10 分钟后测其溶液的电导值 每 2 分钟读一次数 读三次 5 Gt的测定 双口电导池 支管内准确盛入 25ml 0 0200M 的氢氧 化钠溶液 支管内准确盛入 25ml 0 0200 的乙酸乙醋 与测 G0 G 的 溶液 同时放入水浴中恒温 10 分钟并记下此时温度 6 用洗耳球将 B 管溶液压入 A 管 压入一半时开始计时 反复压几次 使溶液混合均匀 混合后要立即用橡皮塞塞住瓶口 并观察液面是否淹没 电极 并立即开始测其电导值 每 2 分钟读一次数 直到电导值变化不 大为止 7 每次更换溶液时要先用蒸馏水淋洗电极 再用待测液仔细淋洗电极 后再进行测量 测定完 G0 G 的溶液不要弃去 待测定 Gt后再测量一 次 以验证及供另一温度下测定之用 8 用同样方法测定另一温度下的 G0 G Gt 9 测定完毕用蒸馏水淋洗电极 并将电极浸入蒸馏水中 10 按上述操作步骤测定另一个温度时的反应速率常数 并按阿伦尼 乌斯公式进行计算反应活化能 五 实验数据及处理五 实验数据及处理 做 图 由直线斜率求出反应速率常数 k t1 0 GGGG tt t k t2 并计算反应活化能 E 表一 25oC 时不同时间反应液的电导 mint 1 cmsGt 0 GGGG tt 2 2 03 2 78151 4 1 98 2 94737 6 1 90 3 24528 8 1 81 3 63918 10 1 74 4 00000 12 1 69 4 29412 14 1 65 4 55556 16 1 61 4 84416 18 1 58 5 08108 化学与化学系实验报告 4 20 1 54 5 42857 22 1 52 5 61765 24 1 49 5 92308 26 1 47 6 14286 28 1 44 6 50000 301 42 6 75862 32 1 40 7 03517 34 1 39 7 18182 36 1 37 7 49057 38 1 36 7 65385 40 1 34 8 00000 42 1 33 8 18367 44 1 31 8 57447 46 1 30 8 78261 48 1 29 9 00000 50 1 28 9 22727 52 1 27 9 46512 54 1 26 9 71429 56 1 25 9 97561 T 30oC 4 93 103 0 G 1 cms 13 1092 0 cmsG 表二 30oC 时不同时间反应液的电导 mint 1 cmsGt 0 GGGG tt 22 242 03788 42 122 34167 62 012 67890 81 923 01000 101 853 31183 121 793 60920 141 733 95062 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 5 161 694 20799 181 654 49315 201 614 81159 221 585 07576 241 565 26563 261 535 57377 281 515 79611 301 496 03569 321 476 29091 25oC 时 图 0 GGGG tt t 图 1 30oC 时 图 0 GGGG tt t 图 2 如图 由 25oC 时 斜率 k t1 c 0 13318 得出速率常数 k t1 6 659mol 1 L min 1 05101520253035 2 3 4 5 6 7 G0 Gt Gt G t min B Linear Fit of Data1 B Y 1 86744 0 15390X R 0 99841 0102030405060 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 G0 Gt Gt G t min B Linear Fit of Data1 B R 0 999 Y 2 63926 0 13318X 化学与化学系实验报告 6 由 30oC 时 斜率 k t2 c 0 15390 得出速率常数 k t2 7 695mol 1 L min 1 由阿仑尼乌斯公式 ln 121212 TRTTTEatktk 带入数据得 1 71 21 molkJEa 六 六 思考题思考题 1 为什么本实验在恒温下进行 而且 CH3COOC2H5 和 NaOH 溶液在混合 前要预先恒温 解答 反应速率常数是一个与温度有关的物理量 温度会影响反应的速率 常数 因此实验要保持恒温 才能测定该温度条件下的速率常数 七 注意七 注意 1 在每次测定电导值之前都要校正电导率仪 2 不可用纸擦拭铂黑电极 八 所有物质的包括四种模型三维优化结构 所有物质的最低能量八 所有物质的包括四种模型三维优化结构 所有物质的最低能量 及部分键长键角 及部分键长键角 1 CH3COOC2H5 1 四种模型三维优化结构 Sticks Cylindrical Bonds 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 7 Ball stick Space Filling 2 最低能量 Warning Some parameters are guessed Quality 1 Iteration 0 Steric Energy 14 943 RMS Gradient 22 822 RMS Move 0 0000 Iteration 1 Steric Energy 8 666 RMS Gradient 10 589 RMS Move 0 0123 Iteration 2 Steric Energy 6 195 RMS Gradient 7 256 RMS Move 0 0122 Iteration 3 Steric Energy 5 107 RMS Gradient 5 142 RMS Move 0 0086 Iteration 4 Steric Energy 4 636 RMS Gradient 3 692 RMS Move 0 0052 Iteration 5 Steric Energy 4 345 RMS Gradient 3 087 RMS Move 0 0042 Iteration 6 Steric Energy 4 081 RMS Gradient 2 835 RMS Move 0 0051 Iteration 7 Steric Energy 3 799 RMS Gradient 1 941 RMS Move 0 0069 Iteration 8 Steric Energy 3 699 RMS Gradient 1 850 RMS Move 0 0033 Iteration 9 Steric Energy 3 586 RMS Gradient 1 985 RMS Move 0 0046 Iteration 10 Steric Energy 3 487 RMS Gradient 1 602 RMS Move 0 0046 化学与化学系实验报告 8 Iteration 11 Steric Energy 3 441 RMS Gradient 1 137 RMS Move 0 0025 Iteration 12 Steric Energy 3 404 RMS Gradient 0 981 RMS Move 0 0024 Iteration 13 Steric Energy 3 377 RMS Gradient 0 707 RMS Move 0 0020 Iteration 14 Steric Energy 3 359 RMS Gradient 0 697 RMS Move 0 0018 Iteration 15 Steric Energy 3 350 RMS Gradient 0 312 RMS Move 0 0010 Iteration 16 Steric Energy 3 348 RMS Gradient 0 321 RMS Move 0 0005 Iteration 17 Steric Energy 3 345 RMS Gradient 0 235 RMS Move 0 0005 Iteration 18 Steric Energy 3 344 RMS Gradient 0 116 RMS Move 0 0003 Iteration 19 Steric Energy 3 344 RMS Gradient 0 136 RMS Move 0 0002 Iteration 20 Steric Energy 3 343 RMS Gradient 0 102 RMS Move 0 0003 Iteration 21 Steric Energy 3 343 RMS Gradient 0 087 RMS Move 0 0002 Iteration 22 Steric Energy 3 343 RMS Gradient 0 102 RMS Move 0 0001 Iteration 23 Steric Energy 3 343 RMS Gradient 0 094 RMS Move 0 0002 Iteration 24 Steric Energy 3 343 RMS Gradient 0 059 RMS Move 0 0001 Iteration 24 Minimization terminated normally because the gradient norm is less than the minimum gradient norm Stretch 0 1669 Bend 0 7371 Stretch Bend 0 0572 Torsion 0 0000 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 9 Non 1 4 VDW 0 4015 1 4 VDW 2 7831 Total 3 3427 3 键长 AtomsActualOptimal C 1 C 2 1 540 C 1 H 7 1 122 C 1 H 8 1 122 C 1 H 9 1 122 C 2 O 3 1 210 C 2 O 4 1 360 O 4 C 5 1 410 O 4 Lp 15 0 600 O 4 Lp 16 0 600 C 5 C 6 1 534 C 5 H 10 1 116 C 5 H 11 1 116 C 6 H 12 1 114 C 6 H 13 1 114 C 6 H 14 1 115 4 键角 AtomsActualOptimal C 2 C 1 H 7 109 500 C 2 C 1 H 8 109 500 C 2 C 1 H 9 109 500 H 7 C 1 H 8 109 500 H 7 C 1 H 9 109 500 H 8 C 1 H 9 109 327 C 1 C 2 O 3 119 999 C 1 C 2 O 4 115 034 O 3 C 2 O 4 124 966 C 2 O 4 C 5 109 500 C 2 O 4 Lp 15 100 936 化学与化学系实验报告 10 C 2 O 4 Lp 16 100 938 C 5 O 4 Lp 15 106 712 C 5 O 4 Lp 16 108 804 Lp 15 O 4 Lp 16 128 506 O 4 C 5 C 6 109 500 O 4 C 5 H 10 109 500 O 4 C 5 H 11 109 500 C 6 C 5 H 10 109 207 C 6 C 5 H 11 109 206 H 10 C 5 H 11 109 913 C 5 C 6 H 12 111 153 C 5 C 6 H 13 111 152 C 5 C 6 H 14 111 029 H 12 C 6 H 13 107 968 H 12 C 6 H 14 107 690 H 13 C 6 H 14 107 689 2 C2H5OH 1 四种模型三维优化结构 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 11 Sticks Cylindrical Bonds Ball stick Space Filling 2 最低能量 Adding lone pairs to OH 5 Warning Some parameters are guessed Quality 1 Iteration 0 Steric Energy 1 329 RMS Gradient 3 143 RMS Move 0 0000 Iteration 1 Steric Energy 1 046 RMS Gradient 2 187 RMS Move 0 0056 Iteration 2 Steric Energy 0 983 RMS Gradient 0 902 RMS Move 0 0022 Iteration 3 Steric Energy 0 966 RMS Gradient 0 625 RMS Move 0 0013 Iteration 4 Steric Energy 0 951 RMS Gradient 0 710 RMS Move 0 0018 Iteration 5 Steric Energy 0 941 RMS Gradient 0 582 RMS Move 0 0015 Iteration 6 Steric Energy 0 935 RMS Gradient 0 300 RMS Move 0 0012 Iteration 7 Steric Energy 0 932 RMS Gradient 0 378 RMS Move 0 0007 Iteration 8 Steric Energy 0 928 RMS Gradient 0 264 RMS Move 0 0014 Iteration 9 Steric Energy 0 926 RMS Gradient 0 334 RMS Move 0 0008 化学与化学系实验报告 12 Iteration 10 Steric Energy 0 920 RMS Gradient 0 505 RMS Move 0 0026 Iteration 11 Steric Energy 0 915 RMS Gradient 0 370 RMS Move 0 0021 Iteration 12 Steric Energy 0 911 RMS Gradient 0 363 RMS Move 0 0016 Iteration 13 Steric Energy 0 908 RMS Gradient 0 264 RMS Move 0 0016 Iteration 14 Steric Energy 0 906 RMS Gradient 0 199 RMS Move 0 0011 Iteration 15 Steric Energy 0 905 RMS Gradient 0 147 RMS Move 0 0004 Iteration 16 Steric Energy 0 904 RMS Gradient 0 141 RMS Move 0 0005 Iteration 17 Steric Energy 0 904 RMS Gradient 0 097 RMS Move 0 0003 Iteration 18 Steric Energy 0 904 RMS Gradient 0 075 RMS Move 0 0001 Iteration 18 Minimization terminated normally because the gradient norm is less than the minimum gradient norm Stretch 0 0470 Bend 0 0858 Stretch Bend 0 0103 Torsion 0 0000 Non 1 4 VDW 0 1567 1 4 VDW 0 9174 Total 0 9039 3 键长 AtomsActualOptimal C 1 C 2 1 534 C 1 O 3 1 410 C 1 H 4 1 116 C 1 H 5 1 116 C 2 H 6 1 114 电导法测定乙酸乙酯造化反应的速率常数 13 C 2 H 7 1 114 C 2 H 8 1 115 O 3 H 9 0 992 4 键角 AtomsActualOptimal C 2 C 1 O 3 109 500 C 2 C 1 H 4 109 207 C 2 C 1