电导法测乙酸乙酯皂化反应速率常数

电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数 摘要 摘要 为了体会实验当中反应体系非理想化 以及提高数据处理能力 将电导 法测定乙酸乙酯皂化反应反应速率常数的实验中乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度改 为不相等 在 25 10 和 35 10 下分别测得不同大小关系的皂化反应电导率 经过数据处理之后 温度从 25 10 升到 35 10 时 反应速率常数从 2 0588 mol 1 L min 1 升到 3 5529 mol 1 L min 1 乙酸乙酯浓度增大 使得反应速率常数增到 3 5000 mol 1 L min 1 反应的活化能为 41 708KJ mol 此次试验数据处理比较复杂 实验数据测定比较耗时 但得到了 充分的锻炼 关键词关键词 皂化反应 活化能 反应体系非理想化 AbstractAbstract In order to appreciate the experimental reaction system among non ideal and improve data processing capabilities The conductivity method concentration of ethyl acetate saponification reaction experiments reaction rate constants in ethyl acetate and sodium hydroxide to not equal At 25 10 and 35 10 respectively the relationship between the measured responses of different sizes saponification conductivity When after the data processing the temperature rose from 25 10 35 10 the reaction rate constant from 2 0588 mol 1 L min 1 raised to 3 5529 mol 1 L min 1 the concentration of ethyl increases so that the reaction rate constant increased to 3 5000 mol 1 L min 1 the activation energy for the reaction 41 708KJ mol the test data processing more complex time consuming experimental data measured but has been fully work out KeywordsKeywords SaponificationSaponification ActivationActivation energyenergy TheThe reactionreaction systemsystem non idealnon ideal 一一 仪器和试剂 仪器和试剂 DDS 11D 型电导率仪 铂黑电极 电子天平 恒温槽 秒表 试剂瓶 1 只 碱 式滴定管 1 根 锥形瓶 3 只 100ml 具塞锥形瓶 4 只 25ml 移液管 4 只 5ml 移液管 2 只 10ml 移液管 2 只 250ml 容量瓶 2 只 100ml 容量瓶 2 只 NaOH 溶液 乙酸乙酯 乙酸钠 邻苯二甲酸氢钾 酚酞 二二 实验原理 实验原理 二级反应乙酸乙酯的皂化反应的化学方程式为 CH3COOC2H5 OH 1 CH3COO C2H5OH 许多文献和实验教材将实验条件设定为两个反应物的初始浓度相等 但是这 样的反应条件实际上很难达到 一则是因为空气中的 CO2会不断与 NaOH 溶液反 应 使得反应物的 OH 的浓度不断发生变化 二则是乙酸乙酯本身的挥发性和自 水解反应使得其浓度也不会始终保持稳定 随着反应的进行 溶液中导电能力强的 OH 离子被导电力弱的 CH3COO 离子所 取代 溶液导电能力逐渐减少 可以用跟踪溶液点到变化的方式对该反应动力 研究 三三 实验步骤 实验步骤 调节恒温槽温度为 25 10 配制溶液 称取 1 8042g 的乙酸乙酯 加入 100mL 的容量瓶中定容 取出其 中 25mL 放入 250mL 容量瓶中定容 得到 0 0205mol L 的溶液 称取 NaOH 加入 到试剂瓶中 加入约 500mL 混合 配置 0 0205 25 55 0 0093mol L 的乙酸钠溶 液 分别取 25mL 乙酸乙酯和 30mLNaOH 放入具塞锥形瓶 并放入恒温槽中浸润 校正电导率仪 将达到温度的溶液混合 并且当混合一半时计时 之后调到合 适的档位 开始记录电导率 记录一个小时后结束 测定 30mLNaOH 25mLH2O 的 电导率 测定 0 0093mol L 乙酸钠的电导率 对 NaOH 溶液用邻苯二甲酸氢钾进行标定 分别取 30mL 乙酸乙酯和 25mLNaOH 放入具塞锥形瓶 并放入恒温槽中浸润 校正电导率仪 将达到温度的溶液混合 并且当混合一半时计时 之后调到合 适的档位 开始记录电导率 记录一个小时后结束 测定 25mLNaOH 30mLH2O 的 电导率 配置 0 0201 25 55 0 0092mol L 的乙酸钠溶液 测定 0 0092mol L 乙 酸钠的电导率 调节恒温槽温度为 35 10 重复步骤 整理仪器 四四 实验数据与处理 实验数据与处理 1 原始数据 附后 excel 表 包括以下部分数据处理 2 因为刚开始测定时对电导率使用不会 且电导率仪很容易读的不准确 所以 舍去读数相同的 并且舍去第一组数据的前三个数据 通过 origin 软件进 行拟合 获得以下拟合参数和误差分布 做出三种温度下的 Kt t 关系图 51015202530354045 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 Kt ms cm t min Model ExpDec1 Equation y A1 exp x t1 y0 Reduced Chi Sqr 5 19648E 5 Adj R Squar 0 99775 ValueStandard Err B y01 349560 01203 B A10 932990 01401 B t117 05090 81973 25 10 Kt t 1 010203040506070 1 0 1 5 2 0 Kt ms cm t min Model ExpDec1 Equation y A1 exp x t1 y0 Reduced Chi Sqr 5 00067E 4 Adj R Squa 0 99292 ValueStandard Er B y00 94250 01562 B A10 97160 0175 B t117 6130 91009 25 10 Kt t 2 02040 1 5 2 0 2 5 Kt ms cm t min Model ExpDec1 Equation y A1 exp x t1 y0 Reduced Chi Sqr 3 4687E 4 Adj R Squa 0 99673 ValueStandard Er B y01 52450 01391 B A11 06010 01623 B t110 3970 46139 35 10 Kt t 以上三张图可以看出 都接近公式 Kt Aexp t B C 这说明随着时间的增长 Kt 越来越少 减缓速度越来越慢 做出关系图 51015202530354045 0 22 0 24 0 26 0 28 0 30 0 32 0 34 0 36 ln a b m K0 K Kt K 1 t min Equation y a b x Weight No Weighti Residual Sum of Squares 6 11034E 4 Pearson s r 0 98835 Adj R Squ 0 97548 ValueStandard Er B Intercept0 19930 00333 B Slope0 0035 1 33162E 4 25 10 ln t 1 010203040506070 0 2 0 4 0 6 ln a b m K0 K Kt K 1 t min Equation y a b x Weight No Weighti Residual Sum of Squares 0 00236 Pearson s r 0 99734 Adj R Squ 0 99443 ValueStandard E B Intercept0 2160 00379 B Slope0 0071 2566E 4 25 10 ln t 2 02040 0 20 0 25 0 30 0 35 0 40 0 45 ln a b m K0 K Kt K 1 t min Equation y a b x Weight No Weighting Residual Sum of Squares 0 00465 Pearson s r 0 97253 Adj R Square 0 94166 ValueStandard Erro B Intercept0 226830 00789 B Slope0 006044 00635E 4 35 10 ln t 实验条件理论截距截距相对误差 截距误差分布斜率 25 10 NaOH过量0 1678808730 199319 0 00330 0035 25 10 NaOH少量0 1967102940 21610 0 003790 007 35 10 NaOH过量0 1678808730 2268335 0 007890 00604 实验条件速率常数 mol 1 L min 1 文献值相对误差相关系数斜率误差分布 25 10 NaOH过量2 0588235296 425468 0 975480 000133 25 10 NaOH少量3 56 425446 0 994430 000126 35 10 NaOH过量3 55294117611 941170 0 944160 000401 实验分析 从三张图可以看出 三者为直线 说明乙酸乙酯皂化反应对两个反 应物均呈现为一级反应 总反应级数为 2 但是因为实验产生误差 25 10 图 一和 35 10 相关系数比较低 斜率的误差分布比较低 文献值与所测的值差了 太大了 可能与反应的计数以及乙酸乙酯的挥发和 NaOH 的吸收 CO2 所致 计 算不同温度下 NaOH 溶液与乙酸乙酯溶液比例相同的活化能 将数据代入 Ea RT1T2 T2 T1 ln k2 k1 8 3145 25 10 273 15 35 10 273 15 10 ln 3 5529 2 0588 41 708kJ mol 文献值为 46 1kJ mol 则相对误差为 46 1 41 708 46 1 100 9 53 活化能的误差不大 因为活化能受实验条 件影响小 以数据较好的 25 10 的 NaOH 过量做 x t 的曲线图 并求出切线斜率 以 ln dx dt x 做图 按照方程 ln dx dt lnK Aln a x Bln b x 拟合出该方程的形式进行非线性拟合 得到动力学参数 010203040506070 0 000 0 001 0 002 0 003 0 004 0 005 0 006 0 007 0 008 x t min x t 0 0000 0010 0020 0030 0040 0050 0060 0070 008 11 0 10 5 10 0 9 5 9 0 8 5 8 0 7 5 ln dx dt x Model NewFunction8 User Equation y ln A B ln 0 0112 x C ln 0 0092 x Reduced Chi Sqr 0 04571 Adj R Square 0 94234 ValueStandard Error B A516 906221751 28586 B B2 989342 36901 B C0 035081 58782 25 10 ln dx dt t 2 从公式上看 A 代表速率常数 B 代表乙酸乙酯的化学计量数 C 代表氢氧化钠 的化学计量数 结果显示的与文献值差别很大 但是有可能是反应才刚刚开始 有大部分乙酸乙酯还没有反应完 如果测的是整个反应完全 或许会有意义 五五 实验讨论与反思 实验讨论与反思 1 实验结果是否充分证明乙酸乙酯皂化反应的总反应级数为 2 级 答 由 和 可知 图形是一直线 则总反应级数为 2 级 2 请挑选某个温度线下的 2 组实验数据 用方程 Kt 1 ak K0 Kt t K 处理计 算一下 看看得到的 k 值是什么结果 从中可以得到什么结论 答 对于数据进行处理 附后表 用 Origin 软件画出如下图 A 在 25 10 下 30mlNaOH 25ml 乙酸乙酯 0 0200 0250 0300 0350 0400 0450 050 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 Kt ms cm K0 Kt t Equation y a b x Weight No Weighting Residual Sum of Squares 0 00457 Pearson s r 0 99449 Adj R Square 0 98836 ValueStandard Error B Intercept1 038950 01578 B Slope17 07170 43648 25 10 Kt K0 Kt t 反应速率常数为 1 17 0715 0 0093 6 2973 mol 1 L min 1 与文献值对 比可知在反应速率常数之内 B 在 25 10 下 25mlNaOH 30ml 乙酸乙酯 0 010 020 030 040 050 060 07 1 0 1 5 2 0 Kt ms cm k0 kt t Equation y a b x Weight No Weighting Residual Sum of Squares 0 01405 Pearson s r 0 99394 Adj R Square 0 98731 ValueStandard Erro B Intercept0 688360 01548 B Slope16 511750 40836 25 10 K0 Kt t Kt 2 反应速率常数为 1 16 51148 0 00 5 5058 mol 1 L min 1 与文献值对比 可知在文献值范围内 结论 可知 K 值与文献值相同 但是乙酸乙酯所占比例较大时截距较为接近理 论截距 每一种处理方法都有自己优点和缺点 而此种做法将实验中条件理想 化 使得接近文献值 说明此文献值需要假设在实验条件理想下算得 但实际 上实验条件是不理想的 这说明我们所做的实验结果有可能是事后诸葛亮 在 做实验的时候我们应该更加关注实验方程所代表的意义 3 有两篇文献都提出了电导法测定乙酸乙酯皂化反应动力学参数数据处理的不 同方法 请阐述这两种数据处理方法的思路 并且比较其优劣 文献 1 冯安春 冯喆 简化电导法测量乙酸乙酯皂化反应速率常数 文献 2 Danniels F Williams J W Bender P Alberty R A Cornwell C D Experimental Physical Chemisty 6th Ed McGraw Hill Book Co Inc NY19