试验八-电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

1、实验八-电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验四电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数一、目的要求1. 用电导率仪测定乙酸乙酯皂化反应进程中的 电导率2学会用图解法求二级反应的速率常数，并计算 该反应的活化能3学会使用电导率仪和恒温水浴二、基本原理1乙酸乙酯皂化是一个二级反应，其反应式为CH 3C00C 2H5+Na+OH-CH 3COO -+Na+C2H 5OH在反应过程中，各物质的浓度随时间改变。某一 时刻的0H-离子浓度，可以用标准酸滴定，也可 以通过测量溶液的某些物理性质而求出。以电导 率仪测定溶液的电导率值随时间的变化关系，可以监测反应的进程，进而可以求算反应的 速率常数。反二级反应

2、的速率与应物的浓度有 关。方便起见，设计实验时应物的浓度均采用a作为起始浓度。当反应时间为t时，反应所生成 的CH3C00-和C2H5OH的浓度为x，则 CH3COOC2H5和NaOH的浓度为(a-x)。设逆反应可以忽略，则有 CH3COOC2H5t=0c00t=ta-xxxt f00f 0f cfaCH 3COOC 2H5+NaOH f CH 3COONa+C 2H5OH二级反应的速率方程可表示为a-xf 0积分得起始浓度a为已知，因此只要由实验测得不同时 间t时的x值，以对t作图，应得一直线， (2 X从直线的斜率m(=ak)便可求出k值。由于反应是在稀水溶液中进行的，因此可以假 定CH3

3、COONa全部电离。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-大得多。 随反应时间的增加，OH-不断减少，而CH3COO- 不断增加，所以体系的电导值不断下降。在一定 范围内可以认为体系的电导值减少量和 CH 3COONa的浓度x的增加量成正比，即t=t时,x= 3 ( K0- K)t= oo时，a= 3 ( k- Ko)式中K0和K t分别为起始和t时的电导值，K8为反应终了时的电导值，（3为比例常数。将（3）， （4）代入（2）得K0- k/ Kt- K=akt（5）从直线方程（5）知，只要测定出K 0，K8以及

4、 一组值以后，利用（K 0- K t）/（K t- K ）对t 作图，应的一直线，由斜率即可求得反应的速率 常数k，k的单位为min-1.mol-1. dm3。由电导与电 导率k的关系式:G= k "代入（5）式得：(6)本实验可以不测K伞通过实验测定不同时间溶 液的电导率K t和起始溶液的电导率K 0，以K t 对二丄作图，也得一直线，从直线的斜率也可£求出反应速率数k值。在不同温度Ti、T2时测出反应速率常数K (Ti),K(T 2),则由阿伦尼乌斯公式求酸反应的活 化能。K (Ti) RTT 2三仪器试剂DDSJ-308A 型电导率仪1 套秒表1只恒温水浴1套0.02

5、00mol/dm3 NaOH(新鲜配制)双管电导池1套0.0200mol/dm3 CH3COOC2H5(新鲜配制)电导军T=25.0 C2. lOmS/cin l! 1.00 a: 0 020G雪移液管2只四实验步骤1 .启动恒温水浴，调至所需温度。恒温水浴的构造和使用方法可参阅实验一。2. 电导率仪的调节本实验可采用DDSJ-308A型电导率仪DDSJ-308A型电导率仪是一台智能型的实验室 常规分析仪器，它适用于实验室精确测量水溶液 的电导率及温度、总溶解固体量（TDS及温度, 也可以测量纯水的纯度与温度，以及海水淡化处 理中的含盐量的测定。对常数1.0、10类型的电导电极有“光亮”和“铂

6、 黑”两种形式。电导电图i电导率仪正面图极出厂时，每支电极都标有一定的电极常数。 用 户需将次值输入仪器。例如：电导电极常数为0.98，则具体操作如下：在电导率测量状态下，按“电 极常数”键，仪器显示很多字，其中“选择”指 选择电极常数档次，“调节”指调节当前档次下 的电极常数值。当电导率100.00mS/cm时，必须采用 电极常数为10的电极，（S 106S）。电源插座接通通用电器源的电源，仪器可以进行正常操作。按下“ ON/OFF键，仪器将显示 厂标、仪器型号、名称，即“ DDSJ-308A型电导 率仪”。几秒后，仪器自动进入测量工作状态，此时仪器采用的参数为用户最新设置的参数。如 果用户

7、不需要改变参数，则无需进行任何操作， 即可直接进行测量。测量结束后，按“ ON/OFF 键，仪器关机。如果需要改变参数（如改变电极 常数，改变测定模式），可通过仪器提示进行参 数改变。3.0和 的测量（两个不同温度 25C和30C下）采用双管电导池，其装置如图二。先将铂黑电 极取出，浸入电导水中。取下橡皮塞，将双管电 导池洗净烘干，加入适量 0.0100mol/dm3 NaOH 溶液，再将铂黑电极取出，用相同浓度的NaOH 溶液淋洗。按图二组装电导池，置于恒温水浴 10min。接上电导率仪，按实验步骤3,测量溶液的电导率值，每隔 2min读一次 数据，读三次取平均值。以0.0100mol/dm

8、3CH3COONa溶液的电导率值 作为 反应结束后，倾去反应物，洗净电导池， 重新测量。如果与反应前的电导率值基本一 致，可终止实验。本实验中可以不测。4. t的测量（两个不同温度 和30 C下）双管电导池和电极的处理方法同前，安装后置于恒温水浴内，然后用移液管吸取10ml0.0200mol/dm3 NaOH注入A管，用移液管吸取 10ml0.0200mol/dm3 CH3COOC2H5注入 B 管， 置于恒温水浴10min，用吸耳球将CH3COOC2H5 压入A管。注入一半时，记录时间。反复压几 次，使溶液混合均匀，并立即开始测量其电导值， 每隔2 min读一次数据，直至电导值变化不大时（一

9、般反应时间为45 min至1 h），可停止测 量。反应结束后，倾去反应物，洗 图2双管电导池示意图 净电导池，将铂黑电极侵入电导水 中。五数据处理1. 数据记录：初始浓度，室温2. 25C 时，10ml 水 + 10ml NaOH(O.O2M)的平 均电导率：0 =_ 口？-1 cm-110ml 乙酸乙酯(0.02M) + 10ml NaOH(0.02M)tmin369112233456250505000t1 1 cm(0 t)/t1 1.1 cm min3. 35C 时，10ml 水 + 10ml NaOH(0.02M) 的平 均电导率：0=_ a?-1 cm-110ml 乙酸乙酯(0.02

10、M) + 10ml NaOH(0.02M)tmin369121520253035405060t1 1 cm(0t)/t1 1 . 1 cm min4. 反应活化能的计算如果反应时间允许，可按上述操作步骤和 计算方法，测定另一温度下的反应速度常数k值，用阿仑尼乌斯(Arrhenius )公式，计算反 应活化能和反应半衰期。&芮)可兀丿式中k1,k2分别为温度T1,T2时测的反应速率常 数，R为气体常数，E为反应的活化能。5. 参考文献值进行误差分析。实验要求：t对二图现行良好。 k(29.2K) 6 1moi L min1k(308K) 10 Imol1 L min1文献值1：C(CH

11、3COOC 2H5)/mol.dm -3C(OH-)/mol.dm -3t /(0C)k/dm3mol-.1s-1k/dm 3mol-.1min- 1E/kcal.mol-1文献08.65X 10-30.51930.010.02102.35X 10-21.4114.6195.03 X 10-23.020.210.023256.854ig(k/dm3mol-.1mi n-51)=-1780/(T/K+0.00754T/K+4.53文献值:1k(25 C) 0.112mol L sk(35 C) 0.175mol1 L s六、问题讨论1.实验关键点 为避免溶于水中的CO2引起NaOH浓度的变 化，

12、要用无CO2 （通常先煮沸）的冷却蒸馏水。 反应物NaOH和CH3COOC2H5的浓度相同， 可确定为2A级反应；否则便是A-B级反应。 乙酸乙酯皂化反应是吸热反应，混合后最初几 分钟测值偏低，故第1点应5min之后。温度对实验数据的影响大，须待被测体系恒温10min，否则会引起始时温度的不恒定而使电导偏低或偏高，导致实验作图线性不佳。2. 为何本实验要在恒温条件下进行，而且 CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先 恒温？解：反应的速率常数有关于反应物本身之外还 有关于体系温度、反应物浓度、反应器等，因此 实验要在恒温条件下进行，而且反应始终要进行 在恒温下，因此乙酸乙酯和氢氧化钠

13、溶液在混合 前还要预先恒温。3. 反应分子数和反应数是两个完全不同的概念，反应级数只能实验来确定。试问如何从实验 结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？解：用t十 怍图，如得到一直线这表明该反应是二级反应，否则不是二级反应。4. 乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在反应 过程中如何处置这一影响而使实验得到较好的 结果？解：反应始终要进行恒温槽中，而且要自动控制 温度。5. 如果NaOH与CH3COOC2H5溶液均为浓溶 液，试问能否用此方法求得k值？为什麽？解：根据溶液浓度与电导之间存在曲线关系21 (参考"物化” P528), k值不能测定。6 .为什么用 0.01mol/dm3的 NaOH 和 0.01mol/dm3 CHsCOONa 溶液测其电导率就可 以认为是0和？解：NaOH和CHaCOONa事情电解质，假定它 们在稀溶液中完全离解。乙酸乙酯、乙醇、和水 对电导无贡献，且0.02mol/dm3的NaOH溶液和 0.02mol/dm3 的 CH3COOC2H5 溶液混合，OH- 就是 0.01mol/dm3 的 NaOH，同理 0.01mol/dm3 CH aCOONa代表了反应完全(此反应不可逆) 即0H-消耗完时的CHaCOO-离子浓度。所以它 们分