乙酸乙酯皂化反应 教案

实验16 乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定
一、实验目的
1. 了解测定化学反应速率常数的一种物理方法—电导法。

2. 了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应速率常数。

3. 掌握DDS ―11C 型电导率仪的使用方法。

二、实验原理
乙酸乙酯皂化反应：CH 3COOC 2H 5＋Na +＋OH ˉ → CH 3COO ˉ ＋Na +＋C 2H 5OH
它是二级反应，其速率方程式可表示为： ))((x b x a k dt
dx --=
式中： x 为时间t 时产物的浓度，a 、b 分别为乙酸乙酯、氢氧化钠的初始浓度，k 为反应的速率常数。

若A 和B 两物质初始浓度相同，即a=b ，积分得： )
(1x a a x
t k -⋅=
以x
a x -对 t 作图，若所得为一条直线，则证明是二级反应，并可以从直线的斜率求
出k 。

乙酸乙酯皂化反应中，导电离子有OH －、Na ＋和CH 3COO －，由于反应体系是很稀的水溶液，可认为CH 3COONa 是全部电离的，因此反应前后Na ＋
的浓度不变，随着反应的进行，仅仅是导电能力很强的OH －逐渐被电导能力弱的CH 3COO －所取代，致使溶液的电导逐渐减小，因此可用电导率仪测量皂化反应进程中电导率随时间的变化，从而达到跟踪反应物（或产物）浓度随时间变化的目的。

因此，对乙酸乙酯反应来说，反应物与产物只有NaOH 与NaAc 是强电解质，若在稀溶液反应，则有：
初始时溶液的电导率 a B 10=κ
t=∞(反应完毕)时溶液的电导率a B 2=∞κ
时间t 时溶液的总电导率x B x a B t 21)(+-=κ
B 1 、B 2是与温度、电解质性质、溶剂等因素有关的比例常数；0κ为；t κ为；∞κ为。

由此三式可得： a
x t ⋅⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--=∞κκκκ0
0 将其代入上面速率方程式得：
∞
--⋅=κκκκt t
at k 01
重新排列得：
∞+-⋅=
κκκκt
ak t
t 01 因此，通过实验测定不同时间溶液的电导率t κ和起始溶液的电导率0κ，然后以t κ对
t
t
κκ-0作图为一直线即为二级反应，由直线的斜率即可求出反应速率常数k ，再由两个
不同温度下测得的速度常数k(T 1)、k(T 2)，求出该反应的活化能。

不同温度下的速率常数k (T 1)和k (T 2)，按阿仑尼乌斯公式可以计算出该反应的活化能Ea ：
)
()(ln
121
212T k T k T T T T R a ）（-=E 三、实验步骤
1. 恒温水浴的调节
本实验测定两个温度下的速率常数，恒温水浴的温度分别调节至（25.0±0.2）℃ 、（35.0±0.2）℃。

调温操作在温度控制器面板上，升温过程需注意温控器显示温度与水浴槽中温度计显示温度的差异，应以温度计读数为准。

2. 电导率仪的调节
电导率仪的校正：首先打开电导率仪电源开关，使其预热5min 左右，将电极插入蒸馏水中，将温度旋钮旋至室温读数，并检查常数旋钮刻线是否与该电极的电导池常数一致，旋转量程选择档至×103档，将测量/校正按键按至校正一端，旋转调整旋钮，使指针指向满刻度处。

电导率的测定：校正后，将电极从蒸馏水中取出，用滤纸吸干电极外表的水，将电极插入已经恒温好的溶液中，检查电极极板全部没入溶液中，将测量/校正按键按至测量一端，待指针稳定，读取数据。

3. 溶液起始电导率0κ的测定
用移液管吸取25m1 0.02mol/dm 3氢氧化钠溶液移入一洁净、干燥的锥形瓶中，移取25m1电导水稀释一倍，（稀释原因？）盖上胶皮塞（防止空气中的CO 2溶入溶液改变NaOH
浓度），混合均匀，置于恒温水浴中恒温10min 。

将电导电极用蒸馏水洗净，用滤纸吸干表面水滴，然后插入已恒温的NaOH 稀溶液中，测定其电导率0κ，测后的溶液盖上胶皮塞留作后面使用。

4. 溶液t κ的测定
另取两个锥形瓶，用移液管分别吸取25ml 0.02mol/dm 3的Na0H 溶液和25ml 0.02mol/ dm 3的乙酸乙酯溶液分别移入瓶中，盖好胶塞，放入恒温水浴中恒温10min 。

然后迅速将乙酸乙酯溶液倒入盛有氢氧化钠溶液的锥形瓶中，（可否将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯溶液的锥形瓶中？）在恒温条件下混合并摇匀溶液，同时开始记时（此时注意盖好胶皮塞，以防空气中的CO 2溶入溶液对反应产生干扰），之后把已经校正、洗干净的电导电极插入到溶液中，当反应进行6min 时测电导率一次，并在8min 、10min 、12min 、14min 、16min 、18min 、20min 、22min 、24min 、26min 、28min 、30min 时各测电导率一次，记录电导率t κ及时间t 。

5. 另一温度下0κ和t κ的测定
调节恒温槽的温度为（35.0±0.2）℃，用第3步留下的溶液测定0κ，然后另配溶液按步骤4测定t κ。

但在测定时t κ是按反应进行到4min 、6min 、8min 、10min 、12min 、14min 、16min 、18min 、20min 、22min 、24min 、26min 、28min 、30min 时测其电导率。

实验结束后，将电导电极用蒸馏水洗净，插入装有蒸馏水的锥形瓶中保存，同时将用过的锥形瓶用蒸馏水洗净，倒扣在桌面上。

四、实验注意事项：
1．恒温温度以水浴槽中温度计读数为准；
2. 用滤纸吸干电极外表的水份时，注意不要将滤纸插入电导池的金属极板之间，以防损伤极板。

3. 将电极插入溶液中测定前一定检查电极极板要全部没入溶液中，否则会影响电导率数值。

4. 读取溶液电导率时，需注意电导率数值与反应时间一一对应好。

5. 测定两个温度下的电导率时，0κ溶液可重复使用，t κ溶液必须重新配制。

五、数据记录与处理
1．第一个温度下的速率常数的测定
溶液中NaOH 浓度__0.01__mo1/dm 3； 乙酸乙酯浓度_0.01__ mol/ dm 3； 反应温度__25.0__ºC ； 0κ __0.243____S ·m -1。

表16.1 记录数据表
t/min
t κ/ S ·m -1
（0κ―t κ）/ S ·m -1 （0κ―t κ）·t -1/ S ·m -1·min
-1
6 0.203 0.040 0.0066
7
8 0.194 0.04
9 0.00613 10 0.185 0.058 0.00580 12 0.179 0.064 0.00533 14 0.175 0.068 0.00486 16 0.170 0.073 0.00456 18 0.166 0.077 0.00428 20 0.162 0.081 0.00405 22 0.159 0.084 0.00382 24 0.156 0.087 0.00363 26 0.152 0.091 0.00350 28 0.149 0.094 0.00336 30
0.146
0.097
0.00323
则速率常数 311311111min 6.424min 0.0115.566
k dm mol dm mol am ----==⋅⋅=⋅⋅⨯
2．第二个温度下的速率常数的测定
溶液中NaOH 浓度__0.01__mo1/dm 3； 乙酸乙酯浓度_0.01__ mol/ dm 3；
反应温度__35.0__ºC ； 0κ __0.281____S ·m -1。

表16.2 记录数据表
t/min
t κ/ S ·m -1
（0κ―t κ）/ S ·m -1 （0κ―t κ）·t -1/ S ·m -1·min
-1
4 0.232 0.049 0.0122
5
6 0.22 0.061 0.0101
7
8 0.210 0.071 0.00888 10 0.201 0.080 0.00800 12 0.194 0.087 0.00725 14 0.188 0.093 0.00664 16 0.183 0.098 0.00613 18 0.17
9 0.102 0.00567 20 0.176 0.105 0.00525 22 0.173 0.108 0.00491 24 0.170 0.111 0.00463 26 0.169 0.112 0.00431 28 0.167 0.114 0.00407 30
0.165
0.116 0.00387
则速率常数 3113112min 11.87min 0.018.423
k dm mol dm mol am ----==⋅⋅=⋅⋅⨯
3．计算乙酸乙酯皂化反应的活化能Ea
212211()
ln 46.90kJ/mol ()
a T T k T E R T T k T ==-（
）
六、思考题
(1) 如果乙酸乙酯与氢氧化钠起始浓度不同，应如何计算k 值?
CH 3COOC 2H 5 ＋ NaOH → CH 3COO Na ＋ C 2H 5OH
t = 0 a b 0 0 t = t a-x b-x x x 其速率方程式可表示为：
))((x b x a k dt
dx
--= 当a ≠b ，积分，
dt k =))((a d ∫∫t 0
x
0x b x x
-- 积分式：
kt =)
(a )
(b ln
a 1x
b x a －b
--
以)
(a )
(b ln
x b x a --对 t 作图，从直线的斜率求出k 。

(2) 如果乙酸乙酯和氢氧化钠溶液为浓溶液，能否用此法求k 值?
不能.
因为只有在稀溶液中电导率与浓度呈线性关系。