实验十 乙酸乙酯皂化反应动力学研究

实验十乙酸乙酯皂化反应动力学研究摘要：乙酸乙酯在碱性条件下会发生皂化反应，该反应为二级反映，反应速率和反应物的浓度成正比，但是对酯和碱的反应浓度的随时跟踪比较困难，所以通过对反应过程中的电导率的测量，可以反映该反应的进程，实现对反应的速率常数的测量。关键字：速度常数，皂化反应，电导率仪，电导率，速率常数，反应级数。前言：在许多化学反应中，许多化学量多是相对难以直接测量的，所以，我们会选择一些与该化学量相关但是易与测量的化学量来进行测量，然后通过该化学量反映待测化学量的变化，进而实现对化学反应机理的研究。一、实验目的与要求：1、掌握化学动力学的某些概念。2、测定乙酸乙酯皂化反应的速度常数。熟悉电导率仪的使用方法。预习要求：了解电导法测定化学反应速度常数的原理。了解DDS-型电导率仪的使用方法。三、实验原理：乙酸乙酯皂化反应方程式为：CH3COOC2H5＋Na＋＋OH－══CH3COO－＋Na＋＋C2H5OH在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变（注：Na＋离子在反应前后浓度不变）。若乙酸乙酯的初始浓度为a，氢氧化钠的初始浓度为b，当时间为t时，各生成物的浓度均为x，此时刻的反应速度为：(10－1)式中，k为反应的速率常数，将上式积分可得：(10－2)若初始浓度a=b，9－(1)式变为，积分得：(10－3)不同时刻各物质的浓度可用化学分析法测出，例如分析反应中的OH－浓度，也可用物理法测量溶液的电导而求得。在本实验中我们采用后一种方法，即用电导法来测定。电导是导体导电能力的量度，金属的导电是依靠自由电子在电场中运动来实现的，而电解质溶液的导电是正、负离子向阳极、阴极迁移的结果，电导L是电阻R的倒数。式中A为导体的截面积，l为导体的长度，Lg称电导率。它的物理意义是：当l=1m，A=1m2时的电导。对一种金属，在一定温度下，Lg是一定的。对电解质溶液的Lg不仅与温度有关，而且与溶液中的离子浓度有关。在有多种离子存在的溶液中，Lg是各种离子迁移作用的总和，它与溶液中离子的数目，离子所带电荷以及离子迁移率有关。在本实验中，由于反应是在较稀的水溶液中进行的，我们可以假定CH3COONa全部电离，反应前后溶液中离子数目和离子所带电荷不变，但由于CH3COO－的迁移率比OH－的迁移率小，随着反应的进行，OH－不断减少，CH3COO－的浓度不断增加，故体系电导率值会不断下降，在一定范围内，可以认为体系的电导率的减少量和CH3COO－的浓度x增加量成正比，在t=t(10－4)式中L0为起始时的电导率，Lt为t时的电导率。当t=t时反应终了CH3COO－的浓度为a，即：(10－5)式中L即反应终了时的电导率，K为比例常数，将（4）、（5）代入（3）式得：或写成：(10－6)或(10－7)从直线方程（6）可知，只要测定了L0、L以及一组Lt值后，利用对t作图，应得一直线，直线的斜率就是反应速度和初始浓度a的乘积。k的单位为dm3·mol-1·min-1。反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算：(10－8)积分得：(10－9)式中k1、k2分别对应于温度T1、T2的反应速率常数，R为气体常数，Ea为反应的活化能。四、仪器与药品：DDS－型电导率仪1台电导池1只恒温槽1套100mL恒温夹套反应器1个5mL移液管1支100mL移液管1支50mL的烧杯1个50mL滴定管1支250mL锥形瓶3个秒表1块吸耳球1只CH3COOC2H5试剂（分析纯）NaOH（分析纯）酚酞指示剂溶液五、实验步骤：1、打开恒温槽使其恒温在25℃±0.22、打开电导率仪。根据附录“电导率仪的使用”对电导率仪进行0点及满刻度校正。并认真检查所用电导电极的常数，并用旋钮调至所需的位置。3、NaOH溶液的配制：（室温下）用一个小烧杯配制少量的浓NaOH溶液，在1000ml的广口瓶装入约900ml的蒸溜水，将所选用实验仪器的测量电极插入水中，如果选用电导率仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓NaOH溶液到L=1300～1400μS/cm如果选用离子分析仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓NaOH溶液到PH=12.00左右。4、NaOH溶液的滴定：（室温下）将配制好的NaOH溶液用人工手动滴定管和酚酞指示剂在室温下进行浓度测定，重复三次以上，取平均值。5、L（或PH）的测定：（冬天25.00℃或夏天30取100ml配制且滴定好的NaOH溶液置于恒温夹套反应器中，插入洗净且吸干水的测量电极，恒温10分钟，等电导仪上的读数稳定后，每隔1分钟读取一次数据，测定三个平行的数据。6、L（或PH）的测定：（冬天25.00℃或夏天30完成L（或PH）的测定后，使用小容量的移液管移取所需用量的乙酸乙酯，穿过大口玻璃套，将乙酸乙酯全部放入溶液中，不要遗留在玻璃套的内壁上，以免浓度不准。放到一半时打开秒表计时，读数平稳变化后，尽快测量第一组数据，以后每隔1分钟读一次数，15分钟后每隔2分钟读一次数，进行到35分钟后结束。7、根据需要进行其他测量8、按步骤5、6和7在第二个温度下进行测量。（冬天30.00℃或夏天六、实验注意事项：NaOH溶液和乙酸乙酯混合前应预先恒温。清洗铂电极时不可用滤纸擦拭电极上的铂黑。七、数据记录及处理：1、NaOH溶液的滴定数据：滴定实验编号123平均值邻苯二甲酸氢钾质量g0.02480.02680.0257NaOH溶液用量ml22.7924.5624.05NaOH溶液浓度mol·dm－35.3295.3445.233NaOH溶液浓度均值mol·dm－35.3022、L（或PH）和L（或PH）的测定：实验温度：25℃时间/min电导率/us（Lo-Lt)/t01330113082221282243125625.334123124.755121423.261192237117222.578115322.139113521.6710111721.311110120.8212108520.421310702014105519.6415104219.216102918.8117101718.4118100518.061999417.682098317.3521973172296316.682395316.392494416.082593515.82692715.52791915.22891114.962990314.723089614.47L（或PH）和L（或PH）的测定：实验温度：35℃时间/min电导率/us(Lo-Lt)/t0131211253592121548.53118143.674115040.55112138.26109536.177107234.288104932.889102831.5610100830.41199029.271297228.331395627.381494126.51592725.671691424.881790124.181888923.51987722.892086622.32185521.762284521.232383620.72482720.212581819.762681019.312780318.852879618.432978818.073078117.73、在用恰当的关系式作图得一直线，并根据斜率求反应速率常数k。25C下Origin作图:A=-11.7266B=0.02948R=0.9979(R的值接近1，所以实验结果的线性很好。)25C下：（Lo-L）/t=0.02948L-11.7266ak=B=0.02948且a=5.302mol·dm－3K=5.54*10-3L/(mol·S)35C下Origin作图:A=-29.0695B=0.05939R=0.99813(R的值接近1，所以实验结果的线性很好。)35C下：（Lo-L）/t=0.05939L-29.0695ak=B=0.05939且a=5.302mol·dm－3K=11.16*10^(-3)L/(mol`S)4、由k25，k30，根据阿累尼乌斯公式求出反应的活化能Ea=53.5KJ/mol查资料知其活化能标准值Ea1=47.30kJ/mol相对误差为（Ea-Ea1）/Ea1=13.1%实验结果与理论值符合的较好。结果分析：由图中的线性关系可知，该反应为二级反应。误差分析：1，乙酸乙酯量取时估读的误差。2，实验过程中电极中偶有气泡产生，造成测量误差。3，乙酸乙酯附着在电极上，产生误差。4，空气中的CO2影响。实验体会：在实验过程中，了解了电导法实验的一些相关操作，实验过程中如果真实量难以测量，最好用与之线性相关的量来代替真实量，一样可以反映实验结果。仪器厂家：南大万和。参考文献孙尔康徐维清邱金恒编著.南京大学出版社.物理化学实验.1998.StudyonreactionkineticsofethylacetatesaponificationZhengsuoChenPB10207028SchooloflifescienceUniversityofScience&TechnologyofChina【Abstract】:ChemicalkineticsisoneoftheimportantresearchcontentsofPhysicalchemistry.Whileusingchemicalanalysismethodisdifficulttomeasure.Thisexperimentcalculatetherateconstantofsaponificationofethylacetateandactivationenergybymeasuringconductivitymethod.【KeyWords】：ethylacetatesaponificationreactionactivationenergyArrheniusformularateconstant八、思考题：化学反应动力学研究有两个方面，分别为：答：化学反应动力学的三个重要参数是什么？一般情况下哪一个参数应该先被实验确定？答：溶液均相化学反应实验研究的重要测量起点是：答：化学反应有快有慢，为了能准确测量出不断变化的物质浓度或物理量，动力学试验中应该关注的三个重要时间概念是:答：.对于动力学研究中，物理量及其测量仪器的选择有哪些方面的考虑：答：（1）反应前后，体系的物理量的变化非