实验四十四 乙酸乙酯的合成和皂化反应速度常数... -

1、实验四十四 乙酸乙酯的合成和皂化反应速度常数的测定一、实验目的1. 了解 DDS-11A 型电导率仪的测量原理，掌握该电导率仪的使用方法。2. 掌握电导法测定乙酸乙酯皂化反应的级数、速率常数和活化能的原理和方法。二、实验原理乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，反应式为CH3COOC2H5+OH-=CH3COO-+C2H5OH设该反应的反应物乙酸乙酯和碱(NaOH)的起始浓度相同，均为 C0，则其反应的动力学方程式为： (32.1)积分得: (32.2)式中 C0 和 C 分别为反应物的起始浓度和反应进行中任一时刻 t 的浓度。测定反应进程 中任一时刻 t 的浓度有多种方法, 本实验采用电导法测定。用

2、电导法测定任一时刻浓度(C)值的依据是:在所研究的体系中，乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性，它们浓度的改变不致影响电导率的数值。体系对电导率影响较大的仅仅是 CH3COO- 和 OH- 离子。由于 OH- 离子迁移率约为 CH3COO- 的五倍，所以，溶液的电导率随着 OH- 离子的消耗而渐变小，并且电导率的降低与反应混合物中 OH- 浓度的减少成正比。如此以0表示时间t=0时NaOH溶液的电导率t为时间t=t时溶液的电导率；为时间t时溶液的电导率，那么当时间由0变化到t时，溶液电导率的变化0-t 与溶液浓度的变化C0- C成正比；当时间由t变化到t时, 溶液电导率的变化t- 则与浓度的变化C

3、- C成正比。即： (32.3)又因反应基本上是不可逆的，故反应终了时，NaOH 的浓度 C 应为零，即 C=0，所以式(32.3)可改写成: (32.4)将式(32.4)代入式(32.2)，并整理得: (32.5)由式(32.5)可知，通过作 t 对 图，可从直线斜率求得速率常数 k 值。三、实验仪器与试剂1仪器DDS-11A 型电导率仪； 恒温装置 1套； 双管皂化池 1只；试管 1只；50 ml 容量瓶 3只；25 ml 移液管 3支；5 ml 刻度移液管 1支；洗耳球 1个；小滴瓶 1只；滴管 1支。2试剂乙酸乙酯(AR)；NaOH(应无 Na2CO3、NaCl等杂质)；电导水。四、操

4、作步骤1. 调节好恒温浴温度。2. 配制浓度约为 0.02 mol·dm-3 的乙酸乙酯溶液，其方法为:先在 50 ml 容量瓶中加入约2/3体积的水,然后加入 5 滴乙酸乙酯，摇匀后称重。由两次质量之差求得乙酸乙酯的准确质量，并进一步算得乙酸乙酯的摩尔浓度。注意:为放止乙酸乙酯挥发，称量时须盖好瓶口。3. 配制与乙酸乙酯相等浓度的 NaOH 溶液:根据上述乙酸乙酯的摩尔浓度，用标准 NaOH 浓溶液配制所需浓度的 NaOH 溶液。4. 测定0: 将上述配制的 NaOH 溶液用容量瓶准确稀释一倍，一部分倒入试管(近一半高度)中，铂黑电导电极经余下的溶液淋洗后插入试管中，并置恒温浴中恒

5、温 10 分钟。调节电导率仪并开始测量。DDS-11A 型电导率仪的使用方法见本实验附录。测 0.01 mol·dm-3 NaOH 溶液的电导率时，电导率仪的量程开关拔到“×103”档红点处较好。图44.1 双管皂化池5. t 的测定:将干燥洁净的双管皂化池(见图44.1)放在恒温浴中并夹好，用移液管取步骤(3)所制的 NaOH溶液 25 ml 放入 a 管；用另一支移液管取 25 ml 乙酸乙酯溶液放入 b 管，塞好塞子，以防挥发，将铂黑电极经电导水洗后，用滤纸小心吸干电极上的水(千万不要碰到电极上的铂黑！)，然后将电导电极插入 a 管(此管不要塞紧)。恒温 10 分钟后

6、将 b 管换上带洗耳球的塞子，用洗耳球鼓气，将乙酸乙酯溶液迅速压入 a管(不要用力过猛使溶液溅出)与 NaOH 溶 液混合，当乙酸乙酯压入一半时开始记时间。反复压几次即可混合均匀。开始每隔 2 分钟读一次数据，以后时间间隔可逐渐增加，共需测定1小时。实验完后，将电导电极用电导水洗净，并插入装有蒸馏水的试管中。五、结果与讨论1. 作tt 图。2. 由tt 图中选取 10 个与 t 相应的 t 值，按下表处理。时 间t0-t（0-t）/t3. 作t(0-t)/t 图，由直线的斜率求出相应温度下的 k 值。六、注意事项1. 为保证 NaOH 溶液不含碳酸盐等杂质，可用分析纯氢氧化钠配成饱和溶液(约

7、14 mol·dm-3)，使用时取上部清液稀释之。所用乙酸乙酯也应新配，不宜放置太久，配溶液应采用电导水。2. 本实验可采用交流电桥测体系的电导，这时式(32.5)可改写为:Gt= 采用电桥法测量精度比采用电导率仪高。3. 反应速率常数(k)与温度(T)的关系一般符合阿累尼乌斯方程，即积分得式中：I 是积分常数，Ea 是反应的表现活化能。显然，在不同温度下测得速率常数(k)，作 logk 对1/T图应得一直线，由直线的斜率可算出该反应的表现活化能(Ea)的值。七、思考题1 配制乙酸乙酯溶液时，为什么在容量瓶中要事先加入适量的电导水?2 为什么乙酸乙酯与NaOH溶液浓度必须足够稀?3 若乙酸乙酯与NaOH的起始浓度不等，应如何计算速率常数(k) 值:八、参考文献1 Daniels F, et al. Experimental Physical Chemistry. 6th Ed. New York: McGraw-Hill Book Co Inc, 1962.1357 王蕴华.