乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定
一. 实验目的
1． 用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速度常数和活化能。

2． 通过实验了解二级反应的特点，学习二级反应动力学参数的求解方法。

3． 掌握测量原理，并熟悉电导率仪的使用。

二. 实验原理:
乙酸乙酯皂化反应是二级反应，反应式为：
CH 3COOC 2H 5+OH -=CH 3COO -+C 2H 5OH
设时间t 时生成物的浓度为x ，则反应动力学方程式为
))((=x b x a k dt dx （1） 其中k 为反应速度常数。

当a=b 时，)(=2
x a k dt dx （2）
积分得 （3）
由实验测得不同t 时的x 值则可算出不同t 时的k 值，若k 为常数，则证明是二级反应。

通常，以x/(a-x)~t 作图，若所得为直线，证明为二级反应，并可从直线斜率求出k 。

可由电导法测定不同t 时的x 值。

根据： 对于稀溶液，强电解质的电导率κ与其浓度成正比，溶液的总电导率等于组成溶液的电解质的电导率之和。

在本实验反应物中只有NaOH 是强电解质，生成物只有CH 3COONa 是强电解质，而氢氧根离子的电导率比乙酸根的电导率大得多，因此，随着反应的进行，氢氧根离子的浓度不断减小，溶液的电导率也就随之下降。

假设A 1、A 2分别为OH -和CH 3COO -的浓度和电导关系的比例常数，那么有以下关系式： κ0=A 1a (4) κ∞=A 2a (5) κt =A 1(a-x)+ A 2x (6) 从（4）-（6）式可以推导得到
x=a(κ0-κt )/ (κ∞-κt ) (7)
(7)式代入（3）中得：
（8） (其中κ0，κt ，κ∞表示反应时间为0，t ，∞)。

以κt对(κ0-κt)/t作图，应得一直线，从斜率可以求得k。

根据阿伦尼乌斯方程从两个温度T1，T2下的反应速度常数，可求得反应的表观活化能Ea。

（8）
三.实验仪器与药品:
仪器: DDS—11A型电导率仪一台；无纸记录仪一台；恒温水浴一套；DJS—1型电导电极一只；双管反应器两个大试管一个；100毫升容量瓶一个；20毫升移液管三支；0.5毫升刻度移液管一支。

药品: 0.0200M NaOH溶液；分析纯乙酸乙酯；新鲜去离子水或蒸馏水。

四.实验步骤:
1)熟悉电导率仪的使用。

调节表头零点，将“校正、测量”开关打到校正位置，打开电
源，预热数分钟，将电极常数调节旋纽调节到配套电极的相应位置，将“高周、低
周”开关打到高周，仪表稳定后，旋动调整旋纽，使指针满刻度，然后将“校正、测
量”开关打到测量位置，选择合适的量程，即可用来测定溶液的电导率。

2)制成0.0200M乙酸乙酯溶液。

将0.20毫升（根据计算结果确定）乙酸乙酯稀释至
100毫升。

注意容量瓶中预先加入60-70毫升的去离子水，再用移液管将乙酸乙酯
加入其中并稀释至刻度。

3)恒温水浴调至300C，将洁净干燥的双管反应器置于恒温水浴中，将20ml 0.0200M
乙酸乙酯溶液加入粗管，洗并擦净电极放入粗管。

4)将20ml 0.0200M NaOH 溶液放入细管管，恒温10分钟，记录仪开始记录。

5)用吸耳球通过细管塞子上的小管迅速抽压两次将溶液迅速混合，25分钟后停止记
录，保存数据，在计算机上从相应的曲线上读取10~15个点。

6)重复以上步骤，测定35℃时的κt。

7)注意每次测完后都要马上洗净双管反应器去烘干以备下一步反应。

电极每次用完后
都要洗净擦干。

五.数据记录及处理:
1．将记录曲线外推到t=0时，求得κ0值。

从表1、表2可见，30o C, κ0=6.92；35o C, κ0=7.41。

2．在记录曲线上选取10~15个点，以κt对(κ0-κt)/t作图，由所得直线的斜率求k。

o
图1. κt~(κ0-κt)/t图
3．由30.00C与35.00C两个温度下所测的k值求表观活化能
No
T k（L mol-1
Sec-1）
Ea(kJ/mol)
1 303.15 0.1224 41.0
2 308.15 0.1594
文献值：Ea= 45.1 k J/mol
25.00C k=6.47（L mol-1 min-1）=0.1078（L mol-1 Sec-1）
胡英主编，物理化学（上），高等教育出版社，1999年，p316
六.思考题
1.为什么乙酸乙酯与氢氧化钠溶液必须足够稀？
因为在稀溶液中，每种强电解质的电导率，与其浓度成正比，所以可以用测电导率
的方法来测定反应过程中反应物浓度的变化。

2.被测溶液的电导主要是哪些离子的贡献？
被测溶液的电导主要是钠离子、氢氧根离子和乙酸根作的贡献。

3.为什么用洗耳球压溶液混合要反复两次，而且动作要迅速？
实验要求反应液要混合均匀，因此要反复地压两次来使溶液混合均匀。

动作迅速是
为了避免记时的误差。

4.为什么可以用记录纸的格子数代替电导率计算反应速度常数？
由于电导率的大小与实验中的记录仪的格子数目成正比，且x=a(κ0-κt)/ (κ∞-κt), 即
转化率值与电导率的单位无关，因此可以用记录仪的格子数来代替电导率仪的读
数。

5.反应溶液在空气中放置时间太长对结果有什么影响？
会影响反应物初始浓度的准确性。

若乙酸乙酯溶液在空气中放置时间太长会使乙酸乙酯挥发，另外氢氧化钠溶液则有可能吸收空气中的二氧化碳而变质。

6.要确定κ∞可采用哪些方法？
由公式（8）可知，由κt对(κ0-κt)/t作图得到一条直线，截距为κ∞。

测定相同浓度醋酸钠的电导率。

测定乙酸乙酯和氢氧化钠长时间反应后的电导率值。