电导法测定乙酸乙酯的皂化反应速率常数

华南师范大学实验报告

学生姓名 甘汉麟 学 号 20112401028 专 业 化学 (师范) 年级、班级 11化 5

课程名称 物理化学实验 实验指导老师 林 晓 明 试验时间 2014 年 3 月 26 日

试验项目电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

【实验目的】

①学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法； ②了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数； ③熟悉电导仪的使用。

【实验原理】

（1）速率常数的测定 乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为： CH 3COOC 2H 5＋NaOH = CH 3OONa ＋C 2H 5OH t=0 c 0 c 0 0 0 t=t c t c t c 0 - c t c 0 -c t t=∞ 0 0 c 0 c 0

则2kc dt

dc

=-

，c 为反应任一时刻的浓度。积分并整理得速率常数k 的表达式为： t

0t

c c c c t 1k -⨯= 假定此反应在稀溶液中进行，且CH 3COONa 全部电离。则参加导电离子有Na ＋

、OH －

、CH 3COO －

,而Na ＋

反应前后不变，OH －

的迁移率远远大于CH 3COO －

，随着反应的进行， OH －

不断减小，CH 3COO －

不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率（κ） 的下降和产物CH 3COO －

的浓度成正比。

令κ0、κt 和κ∞分别为0、t 和∞时刻的电导率，则：

t=t 时，c 0 – c t = K (κ0 - κt ) K 为比例常数 t→∞时，c 0 = K (κ0 - κ∞) 联立以上式子，整理得：

∞+-⨯=

κκκκt

kc 1t

00t 可见，即已知起始浓度c 0，在恒温条件下，测得κ0和κt ，并以κt 对

t

t

0κκ-作图，可

得一直线，则直线斜率0

kc 1

m =

，从而求得此温度下的反应速率常数k 。 （2）活化能的测定原理：

)11(k k ln

2

1a 12T T R E -= 因此只要测出两个不同温度对应的速率常数，就可以算出反应的表观活化能。

【仪器与试剂】

电导率仪 1台 铂黑电极 1支 大试管 5支 恒温槽 1台 移液管 3支

0.0200mol/L NaOH （新鲜配制） 0.0200mol/L CH 3COOC 2H 5（新鲜配制）

【实验步骤】

①调节恒温槽的温度在25.0℃； ②安装调节好电导率仪；

③在1-3号大试管中，依次倒入约20mL 蒸馏水、35mL 0.0200mol/L NaOH 和25mL 0.0200mol/L CH 3COOC 2H 5，用塞塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温10min 。

④κ0的测定 从1号和2号试管中，分别准确移取10mL 蒸馏水和10mL 氢氧化钠溶液注入4号大试管中摇匀，置于恒温槽中恒温，插入电导池，测定其电导率κ0。

⑤κt 的测定 从2号试管中准确移取10mL 氢氧化钠溶液注入5号试管中置于恒温槽中恒温，再从3号试管中准确移取10mL 乙酸乙酯溶液也注入5号试管中，当注入5mL 时启动秒表，用此时刻作为反应的起始时间，加完全部酯后，迅速充分摇匀，并插入电导池，从计时起2min 时开始读κt 值，以后每隔2min 读一次，至30min 时可停止测量。

⑥反应活化能的测定：

在35℃恒温条件下，用上述步骤测定κt 值。

【数据处理】

①求25.0℃的反应速率常数k298.15K，将实验数据及计算结果填入下表：

恒温温度=25.0 ℃κ0=2.08 mS·cm-1

V乙酸乙酯=10.00mL [乙酸乙酯]=0.0100mol/L

V NaOH=10.00mL [NaOH]=0.0100mol/L

表1：298.15K实验数据

κt 对

t

t

0κκ-作图,求出斜率m ，并由0

mc 1

k =

求出速率常数。

图1：298.15K 下κt 对

t

t 0κκ-散点图

由于(0.331 , 1.418)、(0.164 , 1.424)、(0.112 , 1.407) 此三点与其余点的线性关系不明显，所以在求回归直线的斜率时可以先略去此三点再作图：

图2：298.15K 下κt 对

t

t 0κκ-回归直线图（略去前三点）

m=3.386，k 298.15K =1/(mc 0)=1/(3.386×0.0100) L·mol -1·min -1=29.5L/(mol·min)

文献参考值：k (298.2K) =（6±1）L/(mol·min)

②采用同样的方法求35℃的反应速率常数k308.15K，计算反应的表观活化能Ea：

恒温温度=35.0 ℃κ0=2.42 mS·cm-1

V乙酸乙酯=10.00mL [乙酸乙酯]=0.0100mol/L

V NaOH=10.00mL [NaOH]=0.0100mol/L

表2：308.15K实验数据

κt 对

t

t

0κκ-作图,求出斜率m ，并由0

mc 1

k =

求出速率常数。

图3：308.15K 下κt 对

t

t 0κκ-回归直线图

m=16.270，k 308.15K =1/(mc 0)=1/(16.270×0.0100) L·mol -1·min -1=6.15L/(mol·min)

文献参考值：k （308.2K ）=（10±2）L/(mol·min)

1

1611111115.30815.29815.30815.2981201020.1)15.308115.2981(min 15.6min 5.29ln 314.8)15.308115.2981(ln )15.3081

15.2981(ln

--------⋅=⋅⨯=-⋅⋅⋅⋅⨯⋅⋅=

-=-=mol kJ mol J K

K mol L mol L K mol J K K k k R E K

K R E k k K K a a K K

文献值：Ea=46.1kJ/mol