乙酸乙酯皂化反应

1、乙酸乙酯的皂化反应测定反应速率常数北京航空航天大学化学系摘要：本实验通过溶液电导率与溶质浓度、反应速率常数之间的定量关系，用测 定电导率的方法测定了不同温度下乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数，并将测得 的数值与表中数值比较，验证了乙酸乙酯的皂化反应为二级反应。关键词：乙酸乙酯、皂化反应、电导率测定、反应速率常数引言化学动力学也称反应动力学、化学反应动力学，是物理化学的一个分支，是研究化学过 程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡 的动态体系。20世纪前半叶，大量的研究工作都是对化学反应中参数的测定、理论分析以及利用参 数来研究反应机理。但是，反应机理的确

2、认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20 世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是 对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、 激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从 50年代的毫秒级提高到皮秒级。而我们所做的实验则是重复了 20世纪前半叶的化学家们所做的工作，确定了乙酸乙酯 皂化反应的反应级数与反应速率常数。原理部分乙酸乙酯的皂化反应是一个典型的二级反应：CH3 COOqH5 + OH CH COO- + C2H5 OH设在时间t时生成浓度为尤，则该反应的动力学方程式为

3、dx TOC o 1-5 h z 竺=k (a x)(b x)(1)dt式中，a，b分别为乙酸乙酯和碱的起始浓度，k为反应速率常数，若a=b,则(1)式变为* = k (a x)2(2)dt HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 1x积分上式得：k = -x(3)t a(a x)由实验测的不同t时的x值，则可根据式(3)计算出不同t时的k值。如果k值为常数，就可证明反应是二级的。通常是作 x 对t图，如果所的是直线，也可证明反应是二级 (a x)反应，并可从直线的斜率求出k值。不同时间下生成物的浓度可用化学分析法测定，也可用物理化学分析法测定。本实验

4、用 电导法测定x值，测定的根据是：（1）溶液中OH-离子的电导率比离子（即CH3COO-）的电导率要大很多。因此， 随着反应的进行，OH-离子的浓度不断降低，溶液的电导率就随着下降。（2）在稀溶液中，每种强电解质的电导率与其浓度成正比，而且溶液的总电导率 就等于组成溶液的电解质的电导率之和。依据上述两点，对乙酸乙酯皂化反应来说，反映物和生成物只有NaOH和NaAc是 强电解质，乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性，它们的浓度变化不至于影响电导率的数值。 如果是在稀溶液下进行反应，则k = A ak = A ak = A （a 一 x） + A x（4）式中：A1，A2是与温度、溶剂、电解质NaOH

5、和NaAc的性质有关的比例常数； K 0，K”分别为反应开始和终了是溶液的总电导率；七为时间t时溶液的总电导率。由此三 式可以得到：x = ( ) ak -k TOC o 1-5 h z 08若乙酸乙酯与NaOH的起始浓度相等，将（8-4）式代入（8-3）式得:（8）（6）k = 1 xKo Kta k -k HYPERLINK l bookmark1 o Current Document tCO由上式变换为:K -KKt - kat t +K8, K -K 一.，.，、.作气七图，由直线的斜率可求k值，即m = ，k = ka ma由（3）式可知，本反应的半衰期为：t1/21ka（7）可见，

6、两反应物起始浓度相同的二级反应，其半衰期匕/2与起始浓度成反比，由（7） 式可知，此处t1/2亦即作图所得直线之斜率。若由实验求得两个不同温度下的速度常数k，则可利用公式（8）计算出反应的活化能（8）则以Ink对1/T作图应得一直线，其斜率即为E/R，由此可算出活化能。实验部分3.1仪器药品恒温槽1套；DDS-12A型电导仪1套;烧杯（250mL）1支；停表1块；容量瓶（50 mL）1支；容量瓶（100 mL）1支;移液管(25 mL)2支；夹层皂化管1支；0.02 mol - L1 NaOH 溶液；0.02 mol - L-1CH3 COOC2气溶液;0.01 mol - L-1 NaOH

7、溶液；0.01 mol - L-1CH COONa 溶液。33.2实验步骤准确配制0.02 mol - L-1的NaOH溶液和CH3COOC2气溶液。调节恒温槽温度至 25C，调试好电导仪。将电导池（如图8-1）及0.02 mol - L-1的NaOH溶液和CH 3 COOC2 H 5 溶液浸入恒温槽中恒温待用。分别取适量0.01 mol - L-1的NaOH溶液和CH3COONa溶液注入干燥的比色管中， 插入电极，溶液面必须浸没伯黑电极，置于恒温槽中恒温15分钟，待其恒温后测其电导， 分别为GJH Gg值，记下数据。3 .取 20 mL 0.02 mol - L-1 的 CH3COOC2H

8、溶液和 20 mL 0.02 mol - L-1 的 NaOH 溶液， 分别注入双叉管的两个叉管中（注意勿使二溶液混合），插入电极并置于恒温槽中恒温10 分钟。然后摇动双叉管，使两种溶液均匀混合并导入装有电极一侧的叉管之中，同时开动停 表，作为反应的起始时间。从计时开始，在第5、10、15、20、25、30、40、50、60分钟各 测一次电导值。在30C下按上述三步骤进行实验。在3 5C下按上述三步骤进行实验。结果与讨论4.1数据处理c(NaOH)=c( CH3COOC2气)=0.01 mol - L-it/min25 C30 C35 C单位：us/cmkt(k0-kt)/tkt(k0-kt)

9、/tkt(k0-kt)/t021302060J*196721841144.501752154.001715126.004174197.251636106.00157697.756164780.50153687.33147082.838156970.13145775.38138472.8810149963.10139067.00131665.1012144357.25133460.50126058.9214139452.57128855.14121453.7916135048.75124550.94117649.4418131245.44121347.06114445.7220127942.55

10、118443.80111742.5022124940.05115741.05109339.7324122337.79113438.58107237.2926119935.81111336.42105435.1228117734.04109434.50103833.1830115732.43107832.73102331.4734112329.62104929.74100028.4438109427.26102527.2498025.9742106925.26100425.1496423.8846104123.6798723.3395022.11以kt对(k0-kt)/t作图，发觉在6min之前

11、的数据线性关系不好，怀疑是配置的氢氧化钠溶液的浓度小于a值，又有1心 _ log(x - a) - log(x - b)dX (a 一 x) (b 一 x)a 一 blog( x 一 0.1) - log( x 一 0.009)x假定 b=0.009，绘制函数Kx) -1000 一-x - 0.01发觉在ba的情况下，在反应初期，x接近0.1时，表现出的斜率远远小于约定值。而之后斜率又会大于b=a的斜率，最后在t=8时收敛于b=a的斜率。故舍去t 6min的数据，这将让我们得到一个略偏大的斜率，从而得到一个偏小的反应速率 常数。然而，真的是这样吗？25，C 时 kt-(kO-kt)/t 作图此

12、处斜率 m=11.384min-1，k=1/(11.384min-1X0.0100mol , L-1)=8.7843L mol-1 min-1 对比文献值6.4254偏大的一塌糊涂。3(TC 时 kt-(kO-kt)/t 作图此处斜率 m=9.1321min-i, k=1/(9.1321min-iX0.0100mol L-1)=10.9504L mol-1 min-1 ，对比文献值8.7916，还是偏大了好多啊。35 也时 kt-(kO-kt)/t 作图此处斜率 m=8.5621min-1，k=1/(8.5621min-1 X 0.0100mol L-1)=11.6794L mol-1 min

13、-1 ，对比文献值11.9411,偏小。t/C253035T/K298.15303.15308.151/T-1/K0.0033540160.0032986970.003245173k8.784310.950411.6794lnk2.1729660372.3933759852.457826606以lnk对1/T作图:图表标题Ea = 2624.8则R小于文献值27.3KJ/mol。E = 21.8KJ mol-14.2数据分析处理完数据，我陷入了深深的困惑之中，我不知道该怎么解释这样大的误差，明明得到 的数据线性关系相当好，却得到了一个错误的斜率。我能想到的，会造成这样严重的偏差的理由，只有氢氧化钠的变质，在25度、30度的 两组试验中，我们得到了比真值要更小而非处理前认为更大的斜率。注意到本实验以以kt对(k0-kt)/t作图来替代x/(a-x)对t的作图以求得k值。考虑到氢氧化钠变质为碳酸钠，dkt/dt的值，即溶液电导率的下降速率是小于期望 值的。当溶液电导率的下降速率小时，测得的