乙酸乙酯皂化反应速率常数测定的实验研究

乙酸乙酯皂化反应速率常数测定的实验研究 1 前言 乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应 受到温度 盐效应 磁盐相应 包括微波 超声波 磁铁磁场等效应 的影响 目前 温度对皂化反应的影响在文献中多有报导 但 是 盐效应和超声波效应对皂化反应的影响却鲜见于文献 测定反应速率常数的方法有 PH 酸度法 折光仪 旋光度测定法 分光光度计测定法 电导法 液相色法等 本次实验研究 采用电导法和 pH 酸度法对乙酸乙酯皂化反应进行测定 2 研究部分 2 1 仪器与试剂 仪器 DDS 307 型电导率仪 上海精密仪器制造厂 PH211 型台式酸度计 HANNA 公司 SK5200LH 型超声波清洗器 上海科导超声仪器有限公司 DF 02 恒温水槽 南京舫奥科技有限公司 试剂 乙酸乙酯 分析纯 氢氧化钠 分析纯 蒸馏水 分析纯 0 1mol L 的 NaCl 溶 液 2 2 实验方法 2 2 1 电导法 1 原理 乙酸乙酯皂化反应方程为 CH3COOC2H5 OH CH3COO C2H5OH OH 电导率大 CH3COO 电导率小 在反应过程中 溶液电导率显著下降 对稀溶液而言 强电解质的电导率 L 与 其浓度成正比 电导率仪器易跟踪 Lt Lo Lt t ak L 作 Lt Lo Lt t 图 由斜 率可求出 k Lo 和 L 分别为反应开始和终了时的总电导率 步骤 将恒温槽恒温至 25 0 1 将等量蒸馏水和氢氧化钠混合 恒温 10 分钟 用 电导电极测 Lo 将等量乙酸乙酯和氢氧化钠分别恒温 10 分钟 迅速混合计时 第 6 分 钟时开始测 Lt 共测 10 次 根据 Lo 和 Lt 画图 得斜率 求出 k 将恒温槽恒温至 30 0 1 重复上述步骤 2 2 2 pH 酸度法 1 原理 pH 酸度法通过反应过程中溶液酸度的变化求得 Kt x a a x 1 a x 1 a 因 此得 1 a x kt 1 a 即 1 CoH kt 1 a 因为 pOH pH 14 所以 pOH lgCoH 10 14 pH 因此 10 14 pH kt 1 a 由斜率可求出 k 步骤 将恒温槽恒温至 25 0 1 将等量乙酸乙酯和氢氧化钠分别恒温 10 分钟 迅 速混合计时 第 6 分钟时开始测 pH 共测 10 次 根据 pH 值 画图得出斜率 求出 k 2 3 乙酸乙酯皂化反应常数影响因素研究 2 3 1 盐效应对乙酸乙酯皂化反应影响 2 3 1 1 加入 2ml 氯化钠对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究 将恒温槽于 30 下恒温 分别移取 15ml 蒸馏水 氯化钠溶液 2ml 和 15ml 氢氧化钠溶液于 叉形管中恒温 10min 用电导电极测其电导率 L 另取两只叉形管 一只加入 15ml 的氢氧 化钠和 2ml 氯化钠溶液 另一只 15ml 的乙酸乙酯 在恒温槽中恒温 10min 后 将氢氧化钠 和氯化钠的混合液倒入乙酸乙酯中迅速混合 同时开启停表开始计时 混合均匀后 将电 导电极插入叉形管中等至 4 6 8 10 12 15 18 21 25 29min 时分别测量其电导率 记录数据和相应的时间 平行操作一次 计算乙酸乙酯的反应速率常数 2 3 1 2 加入 4ml 氯化钠对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究 将恒温槽于 30 下恒温 分别移取 15ml 蒸馏水 氯化钠溶液 4ml 和 15ml 氢氧化钠溶液于 叉形管中恒温 10min 用电导电极测其电导率 L 另取两只叉形管 一只加入 15ml 的氢氧 化钠和 4ml 氯化钠溶液 另一只 15ml 的乙酸乙酯 在恒温槽中恒温 10min 后 将氢氧化钠 和氯化钠的混合液倒入乙酸乙酯中迅速混合 同时开启停表开始计时 混合均匀后 将电 导电极插入叉形管中等至 4 6 8 10 12 15 18 21 25 29min 时分别测量其电导率 记录数据和相应的时间 平行操作一次 计算乙酸乙酯的反应速率常数 2 3 2 超声波对乙酸乙酯皂化反应速率常数的影响 2 3 2 1 70 的超声波对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究 将恒温槽于 30 下恒温 分别取 15ml 蒸馏水和 15ml 氢氧化钠溶液混合于叉形管中 在 70 的 超声波下超声三分钟 然后移至恒温槽中恒温 10min 用电导电极测其电导率 L 另取两 只叉形管 一只加入 15ml 的氢氧化钠 另一只 15ml 的乙酸乙酯 同时在 70 的超声波下 超声三分钟后 移至恒温槽中恒温 10min 将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯中迅速混合 同 时开启停表开始计时 混合均匀后 将电导电极插入叉形管中等至 4 6 8 10 12 15 18 21 25 29min 时分别测量其电导率 记录数据和相应的时间 平行操作一次 计算乙酸乙酯的反应速率常数 2 3 2 2 100 的超声波对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究 将恒温槽于 30 下恒温 分别取 15ml 蒸馏水和 15ml 氢氧化钠溶液混合于叉形管中 在 100 的超声波下超声三分钟 然后移至恒温槽中恒温 10min 用电导电极测其电导率 L 另取两只叉形管 一只加入 15ml 的氢氧化钠 另一只 15ml 的乙酸乙酯 同时在 100 的超 声波下超声三分钟后 移至恒温槽中恒温 10min 将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯中迅速混 合 同时开启停表开始计时 混合均匀后 将电导电极插入叉形管中等至 4 6 8 10 12 15 18 21 25 29min 时分别测量其电导率 记录数据和相应的时间 平行操作一次 计算乙酸乙酯的反应速率常数 3 结果与讨论 3 1 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定方法的比较 1 乙酸乙酯造化反应是吸热反应 混合后体系温度降低 在混合后的起始几分钟内所测溶 液的电导率偏低 因此最好在反应 4min 6min 后开始 由 Lt Lo Lt t 作图得到一条直 线 2 求反应速率的方法归纳起来有化学法和物理法两类 化学法直接测量 设备 操作简单 但是反应时间长 比较麻烦 物理法易跟踪 灵敏度高 实验时间短 速度快 不中断反 应 还可采用自动化装置 但需一定的设备 只能得出间接地数据 有时会因某些杂质的 存在而产生较大的误差 2 为寻求最佳测定方法 本实验采用电导法和 pH 酸度法测定 电导法测定结果见图 a d pH 酸度法测定结果见图 1 4 25 时 标准反应速率常数 k 6 32mol L min 30 时 标准反应速率常数 k 8 61mol L min 3 由图可知 用电导法测定 温度k 值 mol L min 相对误差 6 3550 56 25 6 28110 62 8 2534 10 30 8 43542 03 用 pH 酸度法测定 温度k 值 mol L min 相对误差 4 472529 23 25 5 266616 67 8 71001 16 30 8 67400 74 由以上数据可得 电导法测定的 k 值更加准确 所以接下来的实验采用电导法测定 3 2 乙酸乙酯反应速率常数影响因素的研究 反应速率常数是反应物浓度为 1 mol L 时的反应速度 由文献可知 反应速率常数受温度 盐效应 超声波效应等的影响 其中 受温度影响的研究显见与文献 受盐效应和超声波 效应影响的研究却鲜见于文献 基于此 本实验运用电导法对其进行研究 超声波效应对乙酸乙酯反应速率常数的影响见图 e h 由上图可得 30 功率 100 时 不同频率下乙酸乙酯皂化反应速率常数 k 值见下表 功率 59kHz k 8 792k 9 334 功率 40kHz k 8 570k 8 684 与文献值比较可得到 超声波对乙酸乙酯造化反应速率常数有一定的影响 在超声波的作 用下 化学反应速率常数偶一定的提高 理论研究表明 在振幅相同的条件下 一个物体 振动的能量与振动频率成正比 超声波在介质中传播时 介质质点振动的频率很高 因 而能量很大 4 因此 待测的分子比较活跃 能够促进反应的进行 盐效应对乙酸乙酯反应速率常数的影响见图 1 4 由上 图可得 30 时 加入不同容量的 NaCl 溶液后乙酸乙酯皂化反应速率常数 k 值见下表 2mlk 8 966k 8 775 4mlk 8 742k 8 417 可得出 盐效应对乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数有一定的影响 当盐效应离子浓度达 到一定的高度时 由于溶液中离子总浓度增大 离子间相互牵制作用增强 使得弱电解质 解离的阴 阳离子结合形成分子的机会减小 从而使弱电解质分子浓度减小 离子浓度相 应增大 解离度增大 5 化学反应速率增大 化学反应速率常数相应的也就变大了 4 小结 经过实验证明 电导法测得的乙酸乙酯皂化反应速率常数比 pH 法测得的数值更接近真值 所以采用电导法测反应速率常数更准确 化学反应速率受到很多方面的影响 通过电导法来进行的实验可以得到盐效应和超声波 对化学反应速率都有一定的影响 都能够促化学反应的进行 1 胡英主编 吕瑞东 刘国杰 黑恩成编 物理化学 第五版 高等教育出版社 2008 年 4 月 2 周鲁主编 物理化学教程 第二版 科学出版社 2006 年 8 月 3 物理化学实验 第二版 孙尔康 高卫 徐维清易敏编 南京大学出版社 2010 年 12 月第一版 第 64 页 4 物理化学实验 第二版 孙尔康 高卫 徐维清易敏编 南京大学出版社 2010 年