乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定

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．通过电导法测定乙酸乙酯皂化反应速度常数。

2．求反应的活化能。

3．进一步理解二级反应的特点。

4．掌握电导仪的使用方法。

二、实验原理

反应速率与反应物浓度的二次方成正比的反应为二级反应。其速率方程为

4.1

将速率方程积分可得动力学方程：

4.2

式中为反应物的初始浓度，为时刻反应物的浓度，为二级反应的速率常数。以

对时间作图应为一直线，直线的斜率即为。

对大多数反应，反应速率与温度的关系可用阿仑尼乌斯经验方程来表示：

4.3

式中为阿仑尼乌斯活化能或叫反应活化能，为指前因子，为速率常数。

实验中若测得两个不同温度下的速率常数，由（4.3）式很容易得到：

4.4

由（4.4）式可求活化能。

乙酸乙脂皂化反应是二级反应

＝

动力学方程为

4.5

由（4.5）式可以看出，只要测出t时刻的x值，c0为已知的初始浓度，就可以算出速率常数k2。实验中反应物浓度比较低，因此我们可以认为反应是在稀的水溶液中进行，CH3COONa 是全部解离的。在反应过程中Na+的浓度不变，OH-的导电能力比CH3COO-的导电能力大，随着反应的进行，OH-不断减少，CH3COO-不断增加，因此在实验中我们可以用测量溶液的电导（G）来求算速率常数k2。

体系电导值的减少量与产物浓度x的增大成正比：

4.6

4.7

式中为时溶液的电导，为时间时溶液的电导，为反应进行完全（→∞）时溶液的电导。将（4.6）、（4.7）两式代入（4.5）式得：

整理得：

4.8

实验中测出及不同时刻所对应的，用对作图得一直线，由直线的斜率

可求出速率常数。若测得两个不同温度下的速率常数，后，可用（4.4）式求出该反应的活化能。

三、仪器与试剂

1、仪器

电导率仪(附DJS-1型铂黑电极)1台；电导池1只；恒温水浴1套；停表1只；移液管(10ml)3只；磨口三角瓶(200ml)1个。

2、药品

NaOH水溶液(0.0200mol·dm-3)；乙酸乙酯(A.R.)；电导水。

四、实验步骤

1. 配制溶液

配制与NaOH准确浓度(约0.0200mol· L-1)相等的乙酸乙酯溶液。其方法是:找出室温下乙酸乙酯的密度，进而计算出配制250mL0.0200mol· L-1(与NaOH准确浓度相同)的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升数V，然后用lmL移液管吸取Vml乙酸乙酯注入250ml容量瓶中，稀释至刻度，即为0.0200 mol· L-1的乙酸乙酯水溶液。

2. 调节恒温槽

将恒温槽的温度调至(25.0±0.1)℃［或(30.0±0.1)℃］。

3. 调节电导率仪

4. 溶液起始电导率κ0的测定

在干燥的200ml磨口三角瓶中，用移液管加入50ml 0.0200 mol· L-1的NaOH溶液和同数量的电导水，混合均匀后，倒出少量溶液洗涤电导池和电极，然后将剩余溶液倒入电导池 (盖过电极上沿约2cm)，恒温约15min，并轻轻摇动数次，然后将电极插入溶液，测定溶液电导率，直至不变为止，此数值即为κ0。

5. 反应时电导率κt的测定

用移液管移取50ml 0.0200mol· L-1的CH3COOC2H5，加入干燥的200mL磨口三角瓶中，用另一只移液管取50ml 0.0200 mol· L-1的NaOH，加入另一干燥的200ml磨口三角瓶中。将两个三角瓶置于恒温槽中恒温15min，并摇动数次。同时，将电导池从恒温槽中取出，弃去上次溶液，用电导水洗净。将温好的NaOH溶液迅速倒入盛有CH3COOC2H5的三角瓶中，同时开动停表，作为反应的开始时间，迅速将溶液混合均匀，并用少量溶液洗涤电导池和电极，然后将溶液倒入电导池(溶液高度同前)，测定溶液的电导率kt，在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min各测电导率一次，记下kt和对应的时间t。

6. 另一温度下κ0和kt的测定

调节恒温槽温度为(35.0±0.1)℃［或(40.0±0.1)℃］。重复上述4、5步骤，测定另一温度下的κo和kt。但在测定κt时，按反应进行4min、6min、8min、10min、12min、15min、18min、21min、24min、27min、30min测其电导率。实验结束后，关闭电源，取出电极，用电导水洗净并置于电导水中保存待用。

五、数据的记录及处理

1、作图：

0t

t G G G G ∞

--～t,由斜率、截距，求k 。

2、根据两个温度下的k ，由21

2112ln

T a T k E T T k R

TT ⎛⎫-= ⎪⎝⎭

求Ea 。

1、每次更换电导池溶液时，都要用电导水淋洗电极和电导池，接着用被测溶液淋洗2～3次，注意不要接触极板，用滤纸吸干电极时，只吸电极底部和两侧，不要吸电极板。

2、电极引线不能潮湿，否则将测不准。

3、高纯水被盛入容器后应迅速测量，否则电导率变化很快，因空气中CO 2溶于水中，变为CO 32-。

4、盛被测溶液的容器必须清洁、无离子污染。 七、思考题

1、为何本实验要在恒温条件下进行，而且乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先加热？

2、反应级数只能通过实验来确定，如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？

3、乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，在实验过程中如何处理这一影响而使实验得到较好的结果？

4、如果氢氧化钠和乙酸乙酯溶液均为浓溶液，能否用此方法求k 值？为什么？