乙酸乙酯皂化反应速率系数测定

1、物化试验 乙酸乙酯造化反应速率系数测定 张冶乙酸乙酯皂化反应速率系数测定姓名：张冶 学号： 班级：化21同组实验者：努尔艾力·麦麦提实验日期：2014-10-23 提交报告日期：2014-10-30实验教师：麻英1 引言1.1 实验目的a. 学习测定化学反应动力学参数的一种物理化学分析方法电导法。b. 了解二级反应的特点，学习反应动力学参数的求解方法，加深理解反应动力学特征。c. 进一步认识电导测定的应用，熟练掌握电导率仪的使用方法。1.2 实验原理反应速率与反应物浓度的二次方成正比的反应为二级反应，其速率方程式可以表示为 （1）将（1）积分可得动力学方程： （2） （3）式中：c0

2、为反应物的初始浓度；c为t时刻反应物的浓度；k2为二级反应的反应速率常数。将1/c对t作图应得到一条直线，直线的斜率即为k2。对于大多数反应，反应速率与温度的关系可以用阿累尼乌斯经验方程式来表示： （4）式中：Ea为阿累尼乌斯活化能或反应活化能；A为指前因子；k为速率常数。实验中若测得两个不同温度下的速率常数，就很容易得到 （5）由（5）就可以求出活化能Ea。乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，t = 0时， c0 c0 0 0t = t时， c0-x c0-x x xt = 时， 0 0 设在时间t内生成物的浓度为x，则反应的动力学方程为 （6） （7）本实验使用电导法测量皂化反应进程中电

3、导率随时间的变化。设0、t和分别代表时间为0、t和（反应完毕）时溶液的电导率，则在稀溶液中有：式中A1和A2是与温度、溶剂和电解质的性质有关的比例常数，由上面的三式可得 （8）将（8）式代入（7）式得： （9）整理上式得到 （10）以t对(t-)t作图可得一直线，直线的斜率为-k2c0，由此可以得到反应速率系数k2。溶液中的电导（对应于某一电导池）与电导率成正比，因此以电导代替电导率，（10）式也成立。实验中既可采用电导率仪，也可采用电导仪。2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图仪器：计算机及接口一套（或其他电导数据记录设备）；DDS-11A型电导率仪一台；恒温槽一套；混合反应

4、器3个；电导管2个；20ml移液管2支；10ml移液管2支；0.2ml移液管1支；100ml容量瓶1个；洗耳球一个。药品：0.01852mol·L-3NaOH标准溶液；0.009045mol·L-3NaAc溶液（此浓度值为NaOH标准溶液的一半）；乙酸乙酯（AR）；新鲜去离子水或蒸馏水。本实验的核心装置为混合反应器，如下图所示：图1 混合反应器示意图2.2 实验条件环境温度：17.5 相对湿度：39% 环境气压：102.5kpa2.3 实验操作步骤及方法要点2.3.1 配制乙酸乙酯溶液 配制100ml乙酸乙酯溶液，使其浓度与氢氧化钠标准溶液相同。乙酸乙酯的密度根据下式计算：

5、 根据环境温度，求得乙酸乙酯的密度为903.50g/L，则需要乙酸乙酯的体积为：V=CNaOHVNaOHM=0.14535ml 配制方法如下：在100ml容量瓶中装2/3体积的水，用0.2ml刻度移液管吸取0.145ml乙酸乙酯，滴入容量瓶中，加水至刻度，混匀待用。2.3.2 准备工作检查仪器药品，接通电源。设定恒温槽温度为20左右，并接通相应设备电源，调好相应参数，准备数据采集。2.3.3 测量用20ml移液管移取氢氧化钠标准溶液于1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，将电导电极插入2池，再取适量醋酸钠溶液于电导管中，将反应器和电导管放入恒温槽中，一起恒温约10分钟。待温度计示数不改

6、变时，开始进行数据采集，再用洗耳球使1、2池中溶液迅速混合均匀，35次挤压即可。约25分钟后即可停止实验。清洗电导电极后，将其插入到电导管中，测定醋酸钠溶液的电导率（应多次测量，直到显示数据没有太大变化为止）。再次清洗电导电极。升高温度1左右，重复以上步骤测定反应电导率的变化，一共进行三次实验即可。2.4 实验注意事项a. 温度的变化会严重影响反应速率，因此一定要保证恒温。b. 不要敞口放置NaOH溶液，以防吸收空气中CO2，使其浓度变化。c. 混合过程既要快速进行，又要小心谨慎。不要将溶液挤出混合器。d. 过程中更换反应液需要将电导率电极清洗干净，但不可擦拭内部镀有铂黑的部分。e. 采集数据

7、过程中，要尽量避免对计算机进行其他操作，以防数据失真。f. 控温时，以温度计示数为准，控温仪的旋钮应谨慎调节，最好始终使恒温槽处于加热恒温状态，因降温的速度比较慢。3 结果与讨论3.1 原始实验数据氢氧化钠溶液浓度：0.01491mol/L，纯乙酸乙酯体积：0.14535ml乙酸乙酯溶液浓度：0.01491mol/L，醋酸钠溶液浓度：0.00750mol/L反应溶液电导率的原始数据略去，NaAc电导率和反应温度等数据见下表：表a 不同温度下的同浓度NaAc溶液电导率温度/202122NaAc电导率 s/cm5255365523.2 计算的数据、结果 3.2.1 计算反应速率常数(1) 实验点1

8、温度：20.00，=525S/cm数据处理方法：首先，在测得的一系列电导率中，找到其最高点，删去之前的数据，将该点作为t=0；再在该点之后的数据点中，删去明显的波动，或是用线性插值替换；最后将t-t为自变量，t为因变量，即借助公式t=-k2c0t-t+0t，用Origin8.0进行线性拟合，得到斜率，再除以-c0即为反应速率常数2。所得结果如下：图1 20时所得数据图像则反应速率t为:t=-ac0=0.062850(L/mol/s)(2) 图2 21时所得数据图像则反应速率为：t=-ac0=0.067826(L/mol/s)(3)图3 22时所得数据图像则反应速率t为t=-ac0=0.0741

9、27(L/mol/s)综上，有实验序号温度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990按公式拟合，得到图4 3个温度下实验数据拟合则Ea=59.68kJ/mol若减少所取数据的区间从近900的数据中选取前600对(第三组数据较稳定，故不做修改)得实验序号温度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990则Ea=56.82kJ/mol用origin8

10、.0拟合时，发现，用从最高点开始到记录结束所有数据的拟合结果，其值稍偏大，为59.678KJ/mol，而用前两组的前600对数据与第三组的所有数据的拟合结果为56.819KJ/mol,两个结果有所不同，而就拟合曲线的线性行来说，采用所有数据的拟合效果较好。而在实验室中所得到的结果为：实验序号温度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395活化能Ea为60.74kJ/mol所得各个结果的差距并不大，用三种处理方法得到的结果相近。 4 结论本实验我们获得了三个温度下的乙酸乙

11、酯皂化反应速率常数和活化能，如下表所示：结果一：全体数据Origin8.0拟合实验序号温度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990Ea=59.68kJ/mol结果二：选择部分数据origin8.0拟合实验序号温度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990Ea=56.819kJ/mol结果三：实验室计算机拟合实验序号温度/（S/cm）2（S/

12、cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395Ea=60.74kJ/mol 5 参考文献1. 基础物理化学实验，高等教育出版社，贺德华、麻英、张连庆，2008年5月第1版2. 物理化学，清华大学出版社，朱文涛,2011年9月第1版6 附录思考题6.1 配制乙酸乙酯溶液时，为什么在容量瓶中要先加入部分蒸馏水？答：因为乙酸乙酯容易挥发，加入水可以起到稀释的作用，减少乙酸乙酯的挥发，减小实验误差。6.2 为什么乙酸乙酯和NaOH溶液浓度必须足够稀？请推导出公式中A1的表达式，从而说明其为常数的条件。

13、答：只有溶液浓度足够稀，离子之间距离足够大，才可忽略离子之间相互影响，即“离子独立迁移定律”，溶液的电导率与溶液离子浓度成正比。公式推导：当溶液足够稀时，有对于乙酸乙酯溶液同样有上式成立。 所用A1为常数的条件是：溶液足够稀，即保证离子之间的距离足够大。 6.3 若配制溶液时用的不是去离子水，电导管和混合器未洗干净，对实验结果有影响？答：若在反应溶液存在杂质离子，则杂质离子的电导率会被算入，从而导致总的电导率有所上升，即所测得的电导率并不是实际所需要测量的溶液的电导率。而且，若杂质中存有能与反应物反应的离子，将会使反应结果更加不准确。6.4 预先单独用NaOH溶液来调整电导率仪有何作用？答：可以让测量的数据在仪器的一定刻度范围内，防止超量程，损坏仪器，同时也可将电导率仪调至最佳的测量范围，可以减小实验误差。6.5混合反应器的设计思想是什么？请提出其他的方法。答：混合反应器要求两种物质快速且充分地接触。它是利用洗耳球将某一种液体压入另一种当中，并通过多次强制对流，使其快速且充分地进行接触，并利用溢流装置，防止挤入的液体量过多时，将塞子顶出。其他方法：使用搅拌