电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数(华南师范大学物化实验)

1、电导法测定乙酸乙酯皂化反应 的速率常数（华南师范大学物化 实验）作者:日期:一、实验目的(1) 学会用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，掌握其原理及方法。(2) 掌握活化能的测定方法。(2) 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。(3) 掌握电导率仪的使用方法。二、实验原理2.1速率常数的测定乙酸乙酯皂化反应是典型的二级反应，其反应式为CH3COOCH5 + NaOH = CHOONa + ChOH其速率方程可表示为de示=叫弘当反应物起始浓度相同即c碱=c = co时，则有CHCOOCH5 + NaOH = CbCOONa + 田 5OHt=0cocooot=tctct

2、co - ctco -(t= 000ococode则-二 ，c为反应任一时刻的浓度。积分并整理得速率常数k的表达式为在反应过程中，ct随时间变化而变化，不同反应的ct可以用各种方法测量， 本实验通过测定溶液电导率随时间的变化从而求出速率常数k。假定此反应在稀溶液中进行，且 CHsCOONa全部电离。则参加导电离子有 Na+、OH、CfCOO,而Na+反应前后不变，OH的迁移率比CHsCOO大得多，随 着反应的进行，OH不断价绍，CfCOC不断增加，所以体系电导率不断下降。体 系电导率(K的下降和产物CfCOO的浓度成正比。另K、K和Ko分别为0、t和X时刻的电导率，贝Ut=t时，co -ct

3、= K(ok it) K为比例常数t O时，Co = K( k - too)两式联立，整理得ct = K( t Ko)代入动力学方程，并消去比例常数K得1 k = -x=Xoct 5进一步整理得可见，即已知起始浓度Co,在恒温条件下，测得% -叫K和K，并以K对作图，可得一直线，则直线斜率为111 kc，从而求得此温度下的反应速率常数 k2.2活化能的测定原理kTLz1 %1 J 因此只要测定两个不同温度(Ti、T2)对应的速率常数ki和k2,根据式可 算出反应的表观活化能巳。三、仪器与试剂电导率仪1台铂黑电极1支大试管5支100mL烧杯3只恒温槽1台10mL移液管3支0.0200mol/LN

4、aOH0.0200mol/L乙酸去离子水四、实验步骤(1) 调节恒温槽温度在25 C 0.0$ o(2) 安装调节好电导率仪。(3) 在13号三只大试管中，依次倒入约20吗L蒸馏水，35mL0.0200mol/LNaOH和25mL0.0200mol/LCHCOO釦5,用塞子塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温10min.4) k的测定 从1号和2号试管，分别准确移取10mL蒸馏水和10mLNaOH 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Ko5) K的测定 从2号试管中准确移取10mLNaOH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 CfCOOCH

5、s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。测 K后该电导电极必须先用水洗再用滤纸擦干。从计时起2min 开始读k值，以后每2min读一次，至30min时可停止测量。6) 反应活化能的测定A. 在35C恒温条件下，用与步骤 同样浓度的溶液及方法测k值。B. 由25C和35E时测得的数据求和*，代入式，从而求得反应的活化能Ea五、数据记录与处理k5.1求25 T的反应速率常数：表1相关数据说明恒温温度K0V乙酸乙酯乙酸乙酯VNaOHNaOH254C2.15ms/cmlO.OOmL：0.0200mol/LlO.OOmL:0.

6、0200mol/L表2实验数据记录1t/minK/(ms/cm)k - t/(ms/cm)(io -t)/t22.040.110.055041.950.200.050061.910.240.040081.850.300.0375101.800.350.0350121.770.380.0317141.740.410.0293161.720.430.0269181.680.470.0261201.680.470.0235221.660.490.0223241.650.500.0208261.630.520.0200281.590.560.0200图1,(K0-Kt)/t 叫关系图1.90 n=(K

7、0-Kt)/t ms/(crn-min)K对(K -t)/t作图，舍去前6分钟的三个数据点，得图1得出拟合曲线的方程叫=I x为y=12.83x+1.363斜率为12.83。根据式：|1则有1 =12.83.已知初始浓度co=0.01mol/mL,求得254C时，速率常数=7.7942L mol-1min-15.2求25 C的反应速率常数表3相关数据说明恒温温度KV乙酸乙酯乙酸乙酯VNaOHNaOH34.9C2.40ms/cm10.00mL：0.0200mol/L10.00mL:0.0200mol/L表4.实验数据记录2t/minK(ms/cm)k - t/(ms/cm)(id -t)/t22

8、.290.110.055042.140.260.065062.090.310.051782.020.380.0475101.980.420.0420121.910.490.0408141.910.490.0350161.860.540.0338181.830.570.0317201.820.580.0290221.790.610.0277241.790.610.0254261.750.650.0250281.750.650.0232图2(Ko-Kj/tt关系图2,05 -IK对(k -K作图，舍去前6分钟的三个数据点，得图2得出拟合曲线的方1 KoKt叫二厂+心程为y=11.64x+1.470

9、,斜率为11.1964。根据式11则有=11.64,已知初始浓度c=0.01mol/L,求得34.9C温度下，速率常数 吟11=8.5911L mol-1 min-1。5.3求乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Eakr.由5.1、5.2分别求算出254C时，速率常数=7.7942L- mol-1 min-1,而kT.在34.9C时，速率常数=8.5911L- mol-1 min-1。根据公式气 Ea 1 1可求得乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Ea=7.83kJ/mol六、注意事项(1) 配置好的乙酸乙酯溶液要做好储存工作，以防挥发，影响实际浓度。(2) 配好的NaOH溶液要防止空气中的CO2气体进入。

10、3)电极每测定一次电导率，都要用去离子水冲洗，并用滤纸擦干再进行下一 次测量。(4) 温度对反应速率及溶液电导率的影响颇为显著，应严格控制恒温。7七、分析与讨论7.1误差分析本次实验测定的实验结果为：kr1125.4C时，反应速率常数=7.7942L mol-min-,349C时，反应速率常数=8.5911L mol-1 min-1。乙酸乙酯皂化反应的表观活化能 Ea = 7.83kJ/mol与文献值相比：25C时，反应速率常数为6.4254 L- mol-1 min-1,35C时，反应速率常数为 11.9411 L- mol-1 min-1,乙酸乙酯皂化反应的表观活化能 Ea = 46.1k

11、J/mol分析上述实验数据，实验值与文献值有一定的差距，特别是活化能，与文献 值相差了将近7倍。以下进一步分析实验过程中的误差来源：(1) 乙酸乙酯与氢氧化钠的浓度的准确性。本实验中所用到的乙酸乙酯溶液和 氢氧化钠溶液均为0.02mol/L，溶液为人工配制，移液管、容量瓶等量器的使用 必然存在一定的系统误差。(2) 溶液配制完待用或者取用的过程，都有可能导致溶液浓度或者性质发生改变。例如NaOH溶液容易吸收空气中的CQ生成NazCQ，乙酸乙酯挥发性很强， 取用过程中很容易发生挥发。这些因素都会改变反应物的浓度，对电导率的测定 产生影响。(3) 温度。一般对于溶液来说，温度升高时电导率会增大。故

12、在反应过程中应 保持体系处于恒温状态。本实验中使用接触式温度计来调节恒温槽的温度，相对 于数控的超级恒温槽来说，接触式温度计的反应存在一定的滞后性，这种方法使 得恒温槽内的水温波动较大。7.2实验改进建议乙酸乙酯皂化反应常数的测定一般会用到电导法。目前来说，通常是采用乙酸乙酯和氢氧化钠初始浓度相等的条件下进行皂化反应的。但是由于乙酸乙酯极 易挥发，氢氧化钠又极易吸收空气中的 CQ发生化学变化，两者的浓度难以保持 不变。另外有一种方法是，采用了两种反应物初始浓度不相等的条件下进行皂化 反应，即实验中不需要知道准确乙酸乙酯的初始浓度，只要求其初始浓度略低于 氢氧化钠的浓度即可。待皂化反应结束后，用

13、酸度计测定该体系剩余的氢氧化钠 浓度，就可以进行数据处理。这样既节省了时间，又简化了实验步骤，使测量结 果更准确。八、提问与思考8.1为何本实验要在恒温条件下进行，而乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先恒温？因为速率常数受温度的影响很大，实验过程必须保持恒温。而在乙酸乙酯与氢氧化钠混合前就将两种液体预先恒温，是为了保证两溶液在混合时已经处于同 一温度，保证实验结果的准确性。8.2为什么乙酸乙酯和氢氧化钠起始浓度必须相同，如果不同，试问怎么计算k值？因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，乙酸乙酯和氢氧化钠起始浓度相同时 计算比较方便。如果浓度不等，则要用到以下公式，计算相对麻烦。8.3有人提出用p

14、H法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，此法可行吗，为什么？乙酸乙酯皂化反应属二级反应，它是目前测量反应速率常数实验教学最常使用的例证。该反应的反应方程为：CH3COOCH5+ NaOH=CH3COONa +2C5OH。 反应速率方程为：v = dx / dt= k ( a- x ) ( b - x ),当初始浓度相同，即a= b时，对该 式积分简化得：k=x( ta) ( a- x ),设t时刻溶液的pH值为E( t ),则此时溶液中OH 的浓度为 Ct( OH)= 10( pH-14),即 a- x = 10( pH-14),则 ka= a- 10( pH-14) / t X 10( pH- 14)。所以用 a- 10( pH- 14)对 t X 10( pH- 14)作图,可得到一条直线, 该直线的斜率m = ka即k = m / a。九、参考文献1