物理化学实验报告 - 乙酸乙酯皂化反应动力学

北京理工大学物理化学实验报告

乙酸乙酯皂化反应动力学

班级：09111101

实验日期：2013-4-27

一、实验目的

1）了解二级反应的特点。

2）用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数。

3）由不同温度下的速率常数求反应的活化能。

二、原理

乙酸乙酯在碱性水溶液中的消解反应即皂化反应，其反应式为：

CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH

反应式是二级反应，反应速率与CH3COOC2H5及NaOH的浓度成正比。用 a,b 分别表示乙酸乙酯和氢氧化钠的初始浓度， x 表示在时间间隔 t 内反应了的乙酸乙酯或氢

氧化钠的浓度。反应速率为：dx

dt

=k(a−x)(b−x)

k 为反应速率常数，当 a=b时，上式为：

dx

dt

=k(a−x)2

反应开始时 t＝0 ，反应物的浓度为 a ，积分上式得：

k＝1

ta

x

(a−x)

在一定温度下，由实验测得不同 t 时的 x 值，由上式可计算出 k 值。

改变实验温度，求得不同温度下的 k 值，根据Arrhenius方程的不定积分式有：

lnk=−E a

RT

+c

以 lnk 对 1T

⁄作图，得一条直线，从直线斜率可求得 E a。

若求得热力学温度 T1 ,T2时的反应速率常数 k1 ,k2,也可由Arrhenius方程的定积分式变化为下式求得 E a值：

E a=(Rln k1

k2

)(

1

T2

−

1

T1

⁄)

由于在反应中，生成物浓度 x 无法即时测量，所以本实验通过测量溶液的电导率 κ 代替测量生成物浓度 x。

乙酸乙酯、乙醇是非电解质。在稀溶液中，非电解质电导率与浓度成正比，溶液的电导率是各离子电导之和。反应前后 Na+离子浓度不变，整个反应过程电导率的变化取决于 OH−与 CH3COO−浓度的变化，溶液中 OH−的导电能力约为 CH3COO−的五倍，随着反应的进行， OH−浓度降低， CH3COO−的尝试升高，溶液导电能力明显下降。

一定温度下，在稀溶液中反应，κ0,κt,κ∞为溶液在 t=0,t=t,t=∞ 时的电导率，A1，A2分别是与NaOH、CH3COONa电导率有关的比例常数（与温度、溶剂等有关），于是：

t=0 ，κ0=A1a ;

t=t ，κt=A1(a−x)+A2x ;

t=∞ ，κ∞=A2a ;

由此得

κ0−κt=(A1−A2)x即x=(κ0−κt)/(A1−A2)

κt−κ∞=(A1−A2)(a−x)即(a−x)=(κt−κ∞)/(A1−A2)

而 k＝1

ta

x

(a−x)

即

κ0−κt

κt−κ∞＝kat

上式变形为：

κt＝κ0−κt

kat

+κ∞

以 κt对κ0−κt

t 作图为一直线，斜率为1

ka

，由此可求出 k 。

三、仪器和试剂

恒温槽、电导率仪、电导电极、叉形电导池、秒表、碱式滴定管、10ml、25m移液管、100mL，50ml容量瓶、乙酸乙酯（A.R.）、氢氧化钠溶液（0.04mol·dm−3）

四、实验步骤

准备溶液：

1）打开恒温槽，设置温度为25℃。将叉形电导池洗净、烘干。同时清洗两个100ml、一个50ml的容量瓶；

2）在100ml容量瓶中加入小许水，然后使用分析天平称量加入乙酸乙酯0,1716g，定容待用。

3）经过计算，定容后的乙酸乙酯的浓度为0.01948mol·L-1，配置同浓度的NaOH 所需0.04000 mol·L-1的NaOH体积为48.69ml，用碱式滴定管量取48.69ml溶液于100ml容量瓶中，定容待用。

4）用25ml移液管移取25ml NaOH溶液于50ml容量瓶中，定容待用。

测量

k

1）取一部分稀释的NaOH于洁净干燥的叉形管直管中，将用稀释的NaOH润洗后的电导电极放入叉形管直管中，在恒温槽中恒温10min，读取电导率。保留叉形管中溶

。

液，用于35℃测量k

的测量：

k

t

1）用移液管取乙酸乙酯和同浓度的NaOH各10ml分别加入到叉形管的直管和测管中，将电导电极插入直管中，恒温10min。

2）将两种溶液混合，同时开启秒表计时。

3） 3min后读取溶液的电导率，以后每3min中读取一次，测量持续30min。

测量35℃的电导率：

1）将恒温槽温度设置为35℃。

2）将保存的稀释的NaOH放在恒温槽中恒温10min测量k

。

3）重复上述测量k

t 的方法测量35℃下的k

t

。

4)清洗玻璃仪器，电导电极用去离子水清洗，浸入去离子水中保存。

五、实验数据记录与处理

实验中记录实验数据如下：

称取乙酸乙酯的质量是m=0.1716g，

乙酸乙酯的浓度为a=m

M

乙酸乙酯

⁄

V

=0.1716/88.11

0.1

mol·L−1=0.01947mol·L−1

配制同配置同浓度的NaOH所需0.04000 mol·L-1的NaOH体积为：

V NaOH=

m

M

乙酸乙酯

c NaOH

=

0.1716g

88.11g·mol−1

0.0400mol·l−1

=0.04869 l=48.69ml

实验记录电导率数值如下：