电导法测定乙酸乙酯的皂化反应速率常数

1、学 号 20112401028年级、班级11化5实验指导老师 林晓明华南师范大学实验报告学生姓名甘汉麟专 业化学（师范）课程名称物理化学实验试验时间 2014年_3_月_26日试验项目电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数【实验目的】 学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法; 了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数； 熟悉电导仪的使用。【实验原理】（1）速率常数的测定乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为:CH3COOC2H5+ NaOH =CH aOONa + C2H5OHt=0C0C000t=tctCtC0 - CtC0 -Ctt= o

2、o00C0C0则dt心2，c为反应任一时刻的浓度。积分并整理得速率常数k的表达式为:c0cttC°Ct假定此反应在稀溶液中进行，且CH3COONa全部电离。则参加导电离子有 Na*、OH、CH3COO ,而Na*反应前后不变，OH的迁移率远远大于 CHaCOO，随着反应的进行， OH一不断减小，CHaCOO不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率（K的下降和产物CHaCOO的浓度成正比。令K、K和K分别为0、t和时刻的电导率，则:t=t时，C0 -ct = K （ k -比）K为比例常数t T胡寸，C0 = K （ K - K）联立以上式子，整理得：kco t可见，即已知起始

3、浓度Co,在恒温条件下，测得K和K,并以得一直线，则直线斜率 m1kco，从而求得此温度下的反应速率常数k。（2）活化能的测定原理:In0EaC1 -ki因此只要测出两个不同温度对应的速率常数,就可以算出反应的表观活化能。【仪器与试剂】电导率仪1台铂黑电极1支 大试管 5支恒温槽 1台移液管 3支0.0200mol/L NaOH （新鲜配制）0.0200mol/L CH 3COOC2H5 （新鲜配制）【实验步骤】 调节恒温槽的温度在 25.0C; 安装调节好电导率仪； 在1-3号大试管中，依次倒入约20mL蒸馏水、35mL 0.0200moI/L NaOH和25mL0.0200moI/L CH

4、 3COOC2H5，用塞塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温10min。 k的测定 从1号和2号试管中，分别准确移取10mL蒸馏水和10mL氢氧化钠溶液注入4号大试管中摇匀，置于恒温槽中恒温，插入电导池，测定其电导率K。 k的测定 从2号试管中准确移取10mL氢氧化钠溶液注入 5号试管中置于恒温槽 中恒温，再从3号试管中准确移取 10mL乙酸乙酯溶液也注入 5号试管中，当注入 5mL时 启动秒表，用此时刻作为反应的起始时间，加完全部酯后，迅速充分摇匀，并插入电导池，从计时起2min时开始读k值，以后每隔2min读一次，至30min时可停止测量。 反应活化能的测定：在35 C恒温条件下，用上述步骤测定

5、k值。【数据处理】求25.0C的反应速率常数k298.15K，将实验数据及计算结果填入下表:恒温温度=25.0 Ck=2.08 mS cm-1V乙酸乙酯=10.00mL乙酸乙酯=0.0100mol/LVNaOH =10.00mLNaOH=0.0100mol/Lt(mi n)K(ms cm-1)K - K(ms cm-1)0tt(ms cm-1 mi n-1)21.4180.6620.33141.4240.6560.16461.4070.6730.11281.3840.6960.0870101.3610.7190.0719121.3390.7410.0618141.3180.7620.05441

6、61.2980.7820.0489181.2800.8000.0444201.2630.8170.0409221.2470.8330.0379241.2330.8470.0353261.2190.8610.0331281.2060.8740.0312301.1950.8850.0295表1 : 298.15K实验数据-作图，求出斜率m,并由k求出速率常数mco298. 15K图1 : 298.15K下k对 0 t散点图t由于(0.331 , 1.418)、(0.164,1.424)、(0.112 , 1.407)此三点与其余点的线性关系不明显,所以在求回归直线的斜率时可以先略去此三点再作图:2

7、98. 15Ky = 3. 3K57x+l. 1160E2 =94070.00000.0200 (X 0100 (k 06000. 09000. 1000图2: 298.15K下k对 L回归直线图(略去前三点)t1 1m=3.386, k298.15K=1/(mc0)=1/(3.386X).O1OO) L mol min =29.5L/(mol min)文献参考值：k (298.2K) = (6±) L/(mol min)采用同样的方法求35°c的反应速率常数k308.15K，计算反应的表观活化能Ea：恒温温度=35.0 CV乙酸乙酯=10.00mLVnboh =10.00

8、mLk=2.42 mS cm乙酸乙酯=0.0100mol/LNaOH=0.0100mol/Lt(mi n)K(ms cm-1)K - K(ms cm-1)0tt(ms cm-1 mi n-1)22.320.100.050042.250.170.042562.160.260.043382.100.320.0400102.040.380.0380122.000.420.0350141.970.450.0321161.9330.4870.0304181.9080.5120.0284201.8870.5330.0267221.8750.5450.0248241.8610.5590.0233261.84

9、90.5710.0220281.8360.5840.0209301.8270.5930.0198表2 : 308.15K实验数据-作图，求出斜率m,并由k求出速率常数me。308. 15Ky = 1&. 270x4-1. 4702R'2 = Q. 9450图3 : 308.15K下k对 L回归直线图tm=16.270, k3O8.i5K=1/(mco)=1心6.270X).0100) L mol-1 min-1=6.15L/(mol min)文献参考值：k (308.2K) = (10i2) L/(mol min)lnk298k308.15KE(2由）Ea亠298.15KRln

10、k29k308.15K1 )308.15K8.314J11,i,1 , 29.5L mol minmol K ln776.15L mol 1 min1 )308.15K（血1.20 106Jmol 1120 kJ mol 1文献值：Ea=46.1kJ/mol【结果分析与讨论】根据本实验中测定的数据作-图，在298.15K时15个数据点的线性并不t好，这是因为乙酸乙酯皂化反应为吸热反应,混合后体系温度降低，所以在混合后的几分钟所测溶液的电导率偏低。所以上述的图是从8min开始作出线性回归曲线，即去掉前3个数据，提高了 t- 0 t七图的线性。另外在 308.15K时，前三点的数据也有点异常，鉴于

11、其R2比较高，且这三点并不如298.15K时偏离得那么严重，因此在 308.15K时的线性回归曲线并没有去掉前三点。 在本次实验结果中，k298.i5K=29.5L/(mol min)，而 k308.i5K=6.15L/(mol min)，可以看出温度越大，速率常数越小，与理论不相符；即在 298.15K时，所测量的 m值偏低，导致k298.15K偏高，导致m值偏低的原因可能是-在区间0.050,0.100内所测得的k偏低,t在此区间内的数据则是氢氧化钠和乙酸乙酯刚开始反应时的数据，而乙酸乙酯的皂化反应是吸热反应，可能是由于该反应吸收的热量使体系温度下降，从而使溶液内的离子热运动的速率下降，导

12、电能力下降，导致 K偏低，从而使 m值偏低，最后使k298.15K偏高；而k298.15K偏 大， ln(k298.15K/k308.15K)偏大，从而导致Ea 偏大。【提问与思考】 为何本实验要在恒温条件进行，而CH 3COOC 2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温？答：因为反应速率k受温度的影响大，(kT+10) /kT=24，若反应过程中温度变化比较大，则 测定的结果产生的误差较大；反应物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反应的时候是相同温度的，防止两者温差带来温度的变化影响测定结果。 为什么CH 3COOC 2H5和NaOH起始浓度必须相同，如果不同，试问怎样计算 k值？如 何从

13、实验结果来验证乙酸乙酯反应为二级反应？答：因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，为了简化计算，采用反应物起始浓度相同。如果不同，则k=1/t(a-b) lnb(a-x)/a(b-x)。选择不同浓度的 CH3COOC2H5和NaOH溶液，测定不 同浓度的反应物在相同反应条件下的反应速率。 使用自己的实验结果验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应?答：由于 -与t成线性关系，即kc2，所以该反应是二级反应。tdt 为何本实验要在恒温条件下进行？而且反应物在混合前必须预先恒温？答：温度会影响化学反应的速率常数，因此实验需要保持恒温，才能测定该温度下的速率常数k值；混合前必须预先恒温是防止在反应初期时两个反应物并

14、未达到水浴温度导致测定的电导率有误差。 如果使用式（3-39），以 一对t作图求，也可以求取k值，但式（3-39）还需知道 冷t怎样测定更简便？采用式（3-39）与（3-40）求得的k值是否相同，哪一个更接近文献值，为什么？请从实验图形中进行分析。答：利用式子3-40可用截距知道由于式子3-39与3-40是等价的，所以所求得的k值是相同的。 有人提出采用pH法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，此法可行吗？为什么？请通过查阅相关文献，讨论测定乙酸乙酯皂化反应速率常数测定的其他方法，以及这些方法各自的优 缺点。答：可以。CH3COOC2H5+ OH _=CH3COO+ C2H5OH，反应速率方程为：v=dx/dt=k（a-x）（b-x）,当起始浓度相同（a=b）,对该式积分简化得：k=x/ta（a-x）。设t时刻溶液的pH值为£ （t）, 则此时溶液 OH-的浓度为 ct（ oh- ） =10（ pH-14）即 a-x=10 （pH-14） ka=a-10 （pH-14/t 10（ pH-14, 用a-10（pH-14）对t 10（pH-14打作图，可得一条直线，该直线的斜率m=ka ,即k=m/a。利用热导式热量计反应动力学方法测定乙酸乙酯皂化反应，建立