乙酸乙酯皂化反应速率系数测定

1、乙酸乙酯皂化反应速率系数测定姓名：王新彤 学号：2005011882班级：化53同组人姓名：谢富丞实验日期：2007年10月30日提交报告日期：2007年11月13日指导教师：曾光洪1引言1.1实验目的1. 学习测定化学反应动力学参数的一种物理化学分析方法一一电导法。2. 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。3. 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)-dC=k2C2dt将（1）积分可得动力学方程:式中：c0为反应物的初始浓度;c dc tC0-7

2、= 0k2dt1 1-=kC Coc为t时刻反应物的浓度;（2）（3）k 2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:In k=lnA-RT(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In(5)kT2 = Ea ' T2-T1 'kT1 R < T1T2 )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,CH3COOC2H5+NaOH > CH3COONa+C

3、2H5OHt=0 时，C0C000t=t 时，Co-XC0 -XXXt= 8时，00X > C0X > C0设在时间t内生成物的浓度为X，则反应的动力学方程为dx2dt=k2(c°-x)(6)1Xk2 =(7)t C0 (c°-x)本实验使用电导法测量皂化反应进程中电导率随时间的变化。设- 0 > -1 和':分别代表时间为0、t和8（反应完毕）时溶液的电导率，则在稀溶液中有:F =A 1C0:=A 2C0't=A 1（c0-x）+A 2x式中Ai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x='0-t将（8）

4、式代入（7）式得:整理上式得到(8)(9)(10)以't对（-ijt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（10）式也溶液中的电导（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, 成立。本实验既可采用电导率仪，也可采用电导仪。2实验操作2.1实验用品计算机及接口一套（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。30.02mol dm- NaOH标准溶液（此浓度仅为大概值，具体值需实验前准确滴定）；30

5、.01mol dm- NaAc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。2.2实验条件 实验温度12C 2.3实验步骤1. 乙酸乙酯溶液的配制配制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：/（kg m）=924.54 -1.168 （t/C）-1.95 10一3（t/C）2配制方法如下：在 100ml容量瓶中装2/3体积的水，用0.2ml刻度移液管吸取所需乙酸 乙酯的体积，滴入容量瓶中，加水至刻度，混匀待用。2. 仪器和药品准备检查仪器药品，接通电源。设定恒温槽温度为20C（可根据实际情况调整），用稀释一

6、倍的氢氧化钠溶液调电导率仪指针在大约五分之四满刻度的位置（注意实验过程中不准在调指针位置），并接通相应设备电源，准备数据采集。3. 测量将混合反应器（如图 2-9-1所示）置于恒温槽中，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，恒温约10分钟， 用洗耳球使1、2池中溶液混合均匀并立即开始电导数据采集，约20分钟后即可停止实验。取适量醋酸钠溶液于电导管中，插入电导电极，恒温后测定醋酸钠溶液的电导率K*。（应多次测量，直到显示数据没有太大变化为止）升高温度35C，重复以上步骤测定反应电导率的变化，直到35C左右。I 0图2-9-1 :

7、混合反应器示意图2.4注意事项1. 从保存的数据文件中选取相应的x和t，以t对('r-'Jt作图，由直线斜率求出相应温度下的反应速率系数 k2。2. 以不同温度下的In k对1/T作图，由直线斜率求出活化能Ea3结果与讨论3.1原始实验数据1)乙酸乙酯用量：利用室温为12C以及乙酸乙酯密度计算公式：T/(kg m") =924.54 -1.168 (t/C)_1.95 10一3 (t/C)2 = 910.24kg / m3则配制0.02mol/L NaOH标准液相同浓度的乙酸乙酯需要体积为：、，C(NaOH) 0.1L M ,V0.194mlP其中乙酸乙酯式量为 M=

8、0.088105kg/mol。所以移取0.194mL分析纯乙酸乙酯配制0.02mol/L乙酸乙酯。2)不同温度下 NaAc溶液的电导率 K：:在不同温度下NaAc溶液的电导率近似认为是反应完成后的电导率，其值列于下表：实验次数温度(C)K g (S/cm)125.43.943230.34.420335.24.9313)速率常数计算在每个温度下由计算机各采集一组溶液电导率随时间的变化的数据，每隔100s左右取一个数据，共采集约11个数据处理(见下表)。以Kt对(Kt-K：Jt作图，由直线斜率求出相应温度下的反应速率系数 k。(见图13):第1组电导率与时间关系(25.4 C )序号时间t(s)K

9、t( S/cm)(Kt K g)t (sS/cm)1110.396.447210110.16627.91732019.961209.41743019.791759.94754019.632280.48765019.482774.03776019.33219.55787019.163657.11798019.034074.687109018.884448.2371110018.774831.827图 1 :第 1 组 Kt 与(Kt-K：)t 关系(25.4 C)拟合得：直线方程为：y=10.38069-0.000334x , R=0.99941第2组电导率与时间关系(30.3 C )序号时间t

10、(s)Kt(S/cm)(Kt K g)t (sS/cm)1110.456.03210110.26589.84320110.051131.6343019.851634.4354019.72117.2865019.542565.127601.01569.382981.0378701.01569.253385.9059801.03139.133772.85710901.031394126.723111001.0478.94484.691图 2:第 2 组 Kt 与(Kt-KJt 关系(30.3C)(Kt-K g )t /sS/cm拟合得：直线方程为 ：y= 10.44485-0.000350X ,

11、R= 0.99914第3组电导率与时间关系(35.2 C )序号时间t(s)Kt( S/cm)(Kt K g)t (sS/cm)1110.585.649210110.34546.309320110.121042.98943019.941507.7095401.01569.791948.5356501.01569.652364.2937601.01569.512752.058701.01569.423146.8599801.03139.313507.71610901.03139.223864.523111001.0479.14173.365图 3:第 3 组 Kt 与(Kt-K»t 关

12、系(35.2C)(Kt-K *)t /sS/cm拟合得：直线方程为：y= 10.50503-0.00350X , R= 0.99195由于NaOH与乙酸乙酯是等体积混合，C0=1/2* C(NaOH)=0.01 mol/L=10 mol/m3 ，可以求出温度T、Kc0、R、k以及lnk皆列于下表：实验组号T(K)Kco($ ")k (m3/mol/s)lnk1298.550.0003340.0000334-10.3072303.450.0003500.0000350-10.26023308.350.0003500.0000350-10.2602由上表的数据Ink与T,根据公式 ln(

13、k)=-Ea/RT+B，做Ink对1/T的直线:-10.26-10.27-10.28-10.29-10.30-10.31-10.3211111111111110.003240.003260.003280.003300.003320.003340.003361/T/1/K拟合得：直线方程为：y= -8.81913-441.95026X , R=-0.87065斜率为=；点.=-441.95026 ,所以耳=3674.374 J/mol。与实验所得 K =4219.69941 J/mol 相差不 大。3.2讨论分析1）实验中应注意的问题1. 配制乙酸乙酯溶液时应当后加入乙酸乙酯，防止乙酸乙酯的挥发

14、过快影响浓度。2. 反应速率随温度的变化会加快，实验时一定要保证恒温。3. 取完NaOH溶液后要盖好瓶盖，防止吸水引起浓度的变化。2）实验中的体会这次实验时间比较长，需要比较大的耐心，更重要的是时刻要有集中力。实验仪器比较敏感，所以操作时应谨慎小心。这次实验我们合计总共做了五组，前两组由于仪器的问题我们没有及时发现，从而使得数据没有了意义。但实际上在获得第一组数据的时候我们就存在了疑问， 但是却没有深究，归根究底是对实验的熟悉程度还不够，没有及时发现问题的根源。然而调整过仪器后，在操作无误的前提下另外三组数据的线性情况很好，但是拟合后斜率太小和理论值仍然偏差很大，这个我想原因只能归结为仪器的偏

15、差了。3.3结论乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其速率方程为：鱼二 k（c。- x）2dt本实验使用电导法测量皂化反应进程中电导率随时间的变化，则：- 0 - tXCo0 -匸3联立两式可得：t = _kc)t( t _0以Kt对(Kt-K：)t作图可得一直线，直线斜率为 一kco,由此求得反应速率系数 k。反应 速率系数与温度 T的关系一般符合阿累尼乌斯公式，由测定的不同温度下的k值，就可以求出Ea。4. 参考文献1. 李德忠，化学通报，1992, (9) 5355。2. 金家骏，化学通报，1974, (3) ; 1981 , (11)。3. 清华大学化学系物理化学实验编写组，物理化学

16、实验，清华大学出版社，1991,201209。4. 淮阴师范学院化学系，物理化学实验，高等教育出版社，2002, 141148。5. 思考题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？由于乙酸乙酯容易挥发，而且本次配置时所需要的乙酸乙酯仅有0.176ml，因此如果一旦挥发，将使实验室的浓度与 NaOH浓度不再相等，对实验产生较大的误差。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 。二几®中A1的表达 式，从而说明其为常数的条件。由于本次实验的起初溶液中起导电作用的主要是NaOH ,只有浓度足够稀时， 才会有强电解质的电导与其浓度成正比，而且溶液

17、的总的电导等于隔离子的电导之和，而为了使本次实验的计算方便，故而应该使乙酸乙酯的浓度和NaOH的浓度相等，即也足够稀。而且之后随着CH3COO-的生成，OH-的减少，而CH3COO-会水解而减少，只有足够稀的时候才会不会 是CH3COO-因水解而减少，从而保证了电导与浓度成正比，进而能够使用原理当中提到的 公式加以计算。G 2G 2'=-lmCl c= A1 lnnG其中为1mol电解质的电导，实验中l2也为常数，所以 几为常数。n3. 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？如果不是去离子水， 电导管和混合器未洗干净，则在实验中有干扰离子参与导电，测得的电导率变大，最终得到的速率系数也变大。4. 预先单独用NaOH溶液来调整电导率仪有何作用？这样做能够使的电导仪的工作范围除在一个相对稳定的、测量较精确的区域，减少了仪器带来的误差。5. 设计思想是什么？请提出其他的混合方法。混合的设计思想是