乙酸乙酯皂化反应实验报告

(10－9)
式中 k1、 k2 分别对应于温度 T1、 T2 的反应速率常数， R 为气体常数， Ea 为反应的活化能。 二、实验用仪器与试剂列表 仪器名称 PH/电导率/离子综合测试仪 超级恒温水浴 磁力搅拌器 0.2ml 移液管 乙酸乙酯 生产厂家 梅特勒-托利多仪器（上 海）有限公司 南京南大方和科技有限公司 上海司乐仪器有限公司 天玻 国药集团化学试剂有限公司 型号 SevenMulti 型 HK-2A 型 95-I TB71Ex 分析纯 AR
to determine kinetics constant. They measured the electric conductivity of ethyl acetate saponification reaction system by conductivity method and calculated rate constant of the reaction. This kind of method is easy to handle, and it’s much more accurate. KEY WORDS: Rate constant Activation energy Ethyl acetate saponification reaction Conductance method
实验八乙酸乙酯皂化反应动力学研究
李梦俏 PB11000655
中国科学技术大学少年班学院理科实验班材料物理专业 230026，金寨路 96 号，合肥 mq123@mail.ustc.edu.cn
摘要 化学反应动力学的研究是化学领域的一项重要工作，测定化学反应的动力学常数的方法有很多，但 是简便易行的很少。为研究乙酸乙酯的动力学问题，本实验采用测量电导率的方法，间接求出化学反应的 速率常数和活化能。此方法操作简单，可行性高且有着较高的精确度。 关键词 速率常数 ABSTRACT： ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ酸乙酯 皂化反应 电导法 活化能 It is important to study kinetics in reactions in Chemistry. There are many complicated methods
L0 Lt 对 t 作图，应得 Lt L
一直线，直线的斜率就是反应速度和初始浓度 a 的乘积。k 的单位为 dm3·mol-1·min-1。 反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算： Ea d ln k (10－8) dT RT 2 积分得：
ln
k2 E T T1 a 2 k1 R T1 T2
滴定实验编号 邻苯二甲酸氢钾质量（g） NaOH 溶液用量 ml NaOH 溶液浓度 mol/L
1 0.0249 21.69 0.005621
2 0.0255 21.37 0.005843
3 0.0264 21.9 0.005903
NaOH 溶液浓度均值 mol/L 0.005789 计算得所需乙酸乙酯的量为 0.057ml 考虑实际实验条件，加入的乙酸乙酯的量为 0.05ml 在 25℃时，L0 稳定在 1480μS/cm，,即可断定 L0 为 1480μS/cm 在 30℃时，L0 稳定在 1586μS/cm，,即可断定 L0 为 1586μS/cm 将 25℃Lt 对时间 t 作图，看 Lt 随时间的变化趋势
【1】物理化学实验讲义——乙酸乙酯皂化反应动力学研究 中国科学技术大学物理化学实验中心 【2】傅献彩，沈文霞，姚天扬，侯文华 物理化学【M】南京大学化学化工学院 第五版
附录 数据处理： 由于实验数据较多，原始数据以 excel 的形式另行上传。 邻苯二甲酸氢钾摩尔质量为 204.23 用邻苯二甲酸氢钾滴定 NaOH，求得 NaOH 浓度，得到表 1 表 1 NaOH 滴定数据表
实验部分 一、实验原理： 乙酸乙酯皂化反应方程式为： ＋ － － ＋ CH3COOC2H5＋Na ＋OH ══ CH3COO ＋Na ＋C2H5OH ＋ 在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变（注：Na 离子在反应前后浓度不变） 。若乙 酸乙酯的初始浓度为 a，氢氧化钠的初始浓度为 b，当时间为 t 时，各生成物的浓度均为 x， 此时刻的反应速度为： dx (10－1) k (a x )(b x ) dt k 为反应的速率常数，将上式积分可得：
批号 T20111118 邻苯二甲酸氢钾 国药集团化学试剂有限公司 分析纯 AR 批号 F20080401
三、实验步骤 1、打开恒温槽使其恒温在 25℃±0.2℃。 2、打开电导率仪。根据附录“电导率仪的使用”对电导率仪进行 0 点及满刻度校正。 并认真检查所用电导电极的常数，并用旋钮调至所需的位置。 3、NaOH 溶液的配制： （室温下） 用一个小烧杯配制少量的浓 NaOH 溶液，在 1000ml 的广口瓶装入约 900ml 的 蒸溜水，将所选用实验仪器的测量电极插入水中， （1） 如果选用电导率仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到 L=1300～1400μS/cm （2） 如果选用离子分析仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到 PH=12.00 左右。 4、NaOH 溶液的滴定： （室温下） 将配制好的 NaOH 溶液用人工手动滴定管和酚酞指示剂在室温下进行浓度测定， 重复三次以上，取平均值。 5、L 0 （或 PH 0 ）的测定： （冬天 25.00℃或夏天 30.00℃） 取 100ml 配制且滴定好的 NaOH 溶液置于恒温夹套反应器中，插入洗净且吸干 水的测量电极，恒温 10 分钟，等电导仪上的读数稳定后，每隔 1 分钟读取一次数 据，测定三个平行的数据。 6、L t （或 PH t ）的测定： （冬天 25.00℃或夏天 30.00℃） 完成 L 0 （或 PH 0 ）的测定后，使用小容量的移液管移取所需用量的乙酸乙酯， 穿过大口玻璃套，将乙酸乙酯全部放入溶液中，不要遗留在玻璃套的内壁上，以免 浓度不准。放到一半时打开秒表计时，读数平稳变化后，尽快测量第一组数据，以 后每隔 1 分钟读一次数，15 分钟后每隔 2 分钟读一次数，进行到 35 分钟后结束。 7、根据需要进行其他 8、按步骤 5、6 和 7 在第二个温度下进行测量。 （冬天 30.00℃或夏天 35.00℃） 注意事项： 1、 NaOH 溶液和乙酸乙酯混合前应预先恒温。 2、 清洗铂电极时不可用滤纸擦拭电极上的铂黑。 四、结果与分析 1.实验结果 反应速率常数： k （25℃）=8.518 dm3·mol-1·min-1； k （30℃）=9.870dm3·mol-1·min-1 活化能： E a =22.166KJ/mol 2.误差分析 1）在理论推导时，考虑到反应是在较稀的水溶液中进行的，故假定 CH3COONa 全部电 离，反应前后溶液中离子数目和离子所带电荷不变，但实际上 CH3COONa 并非完全电离，故 会带来误差。
－
kt
或写成：
aK ( L0 L ) ( L0 Lt )

K ( L0 Lt )


( L0 Lt ) a ( Lt L )
L0 Lt akt Lt L
或
(10－6) (10－7)
L0 Lt akLt akL t
从直线方程（6）可知，只要测定了 L0、L以及一组 Lt 值后，利用
引言 化学反应动力学是研究化学反应过程的速率和反应机理的物理化学分支
学科， 它的基本任务是研究化学反应速率和反应历程。相关问题的研究有助于工 业优化。而皂化反应是碱催化下的酯水解反应，可以得到高级脂肪酸盐和甘油， 是制造肥皂过程中的重要步骤。因此，对皂化反应的研究有着重要的意义。实验 用电导率仪测量乙酸乙酯皂化反应电导率，计算求得反应物浓度变化情况，从而 测得反应的化学反应速度常数及活化能。
kt
1 b( a x ) ln a b a (b x )
dx k (a x ) 2 ，积分得： dt
(10－2)
若初始浓度 a=b，9－(1)式变为
kt
x a (a x )
－
(10－3)
不同时刻各物质的浓度可用化学分析法测出， 例如分析反应中的 OH 浓度， 也可用物理 法测量溶液的电导而求得。在本实验中我们采用后一种方法，即用电导法来测定。 电导是导体导电能力的量度，金属的导电是依靠自由电子在电场中运动来实现的，而电
解质溶液的导电是正、负离子向阳极、阴极迁移的结果，电导 L 是电阻 R 的倒数。 1 A L Lg R l 式中 A 为导体的截面积，l 为导体的长度，Lg 称电导率。它的物理意义是：当 l=1m，A=1m2 时的电导。对一种金属，在一定温度下，Lg 是一定的。对电解质溶液的 Lg 不仅与温度有关， 而且与溶液中的离子浓度有关。 在有多种离子存在的溶液中， Lg 是各种离子迁移作用的总和， 它与溶液中离子的数目，离子所带电荷以及离子迁移率有关。在本实验中，由于反应是在较 稀的水溶液中进行的， 我们可以假定 CH3COONa 全部电离， 反应前后溶液中离子数目和离子 － － － 所带电荷不变，但由于 CH3COO 的迁移率比 OH 的迁移率小，随着反应的进行，OH 不断减 － 少，CH3COO 的浓度不断增加，故体系电导率值会不断下降，在一定范围内，可以认为体系 － 的电导率的减少量和 CH3COO 的浓度 x 增加量成正比，在 t=t 时 (10－4) x K ( L0 Lt ) 式中 L0 为起始时的电导率， Lt 为 t 时的电导率。 当 t=t时反应终了 CH3COO 的浓度为 a， 即： (10－5) a K ( L0 L ) 式中 L即反应终了时的电导率，K 为比例常数，将（4） 、 （5）代入（3）式得：
2）本实验的温度差仅为 5℃，导致 ln
k2 E T2 T1 a k1 R T1 T2
的右边部分
T2 T1 其 T1 T2
实是一个很小的值，只要
k2 差一点点，就会导致所求得的 E a 值相差很多，实验仅仅测两个 k1
温度的速率常数求 E a ，这样造成的随机误差会非常大。 3）由于乙酸乙酯和 NaOH 溶液的浓度都是很稀的，所以配制溶液时乙酸乙酯和 NaOH 的用量都很少。 在量取乙酸乙酯时会有较大的误差， 特别是将乙酸乙酯加入到体系中时若有 液体滴到器壁上会造成较大的误差。而在滴定 NaOH 浓度时，虽然是用分析天平秤，但是由 于称量的质量仅为 0.025g 左右，称量误差会比较大。 4）实验虽然用恒温槽控温但是在实验过程中温度仍会在一定范围内变化，与设定值有 一定的偏差，这对实验也会造成一定的影响。特别是 30℃实验条件时，与室温相差较大，所 受的环境干扰较大，故对结果会造成一定的误差。 5）L0 的测定过程显示，L0 的值并不是很稳定，有一定的变化，这可能是温度变化引起 的， 也可能是 NaOH 吸收空气中的 CO2 导致的。 而 L0 不能准确测量会对实验结果造成较大的 影响。 6）实验每个温度仅测一组数据，数据随机性较大，随机误差会比较大。从而电导仪的 不稳定，仪器偶然的读数偏差等都可能对实验造成较大的影响。 3 实验小结 本实验总的来说原理较易理解，操作较为简单易行，操作的关键是加乙酸乙酯时应尽 可能准确。数据处理时应注意，由于此反应时吸热反应，开始时温度会略有降低，起始端 的数据反映的是略低温度下的电导率，因此这一段的数据会有较大的偏差，在做图时应该 将这一段数据舍去。若将实验误差控制好，则本实验提供了一种很好的研究化学反应动力 学的方法。通过测量物理参量跟踪反应物浓度的变化，这种思想值得借鉴推广。 实验改进建议： 本实验操作过程最容易带来较大误差的一步就是加入乙酸乙酯的操作。由于乙酸乙酯 的量很少，建议用微量进样器加入，如移液枪等，这样实验的准确度和可信度会提高多。 实验由于时间的限制只测了两个温度下的速率常数，建议若时间充足可以尽量多测几个温 度，做 lnT-1/T 图，这样会减少随机误差的干扰。 参考资料：