乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

工程学院
物理化学实验报告
实验名称乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
一、实验目的
1. 了解用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数和活化能；
2. 了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应的速率常数；
3. 掌握电导率仪的使用方法。

二、实验原理
1.二级反应动力学方程
A +
B → 产物
t=0 a a
t=t a-x a-x
-dc A/dt=-d(a-x)/dt=dx/dt=k(a-x) (2.9.1)
定积分得：kt=x/a(a-x) (2.9.2)
以x/(a-x)对t作图，若所得为一直线，证明是二级反应，由斜率即可求出反应速率常数k值如果知道不同温度下的速率常数k(T1)和k(T2)，按阿仑尼乌斯方程计算出该反应的活化能Ea。

Ea=ln( k(T2)/ k(T1)) ×R T1 T2 /（T2-T1）(2.9.3)
2. 乙酸乙酯皂化反应是二级反应，反应式为：
CH3COOC2H5+NaOH → CH3COONa+ C2H5OH
t=0 a a 0 0
t=t a-x a-x x x
t→∞ 0 0 a a
κ0=A1·a κ∞=A2·a κt=A1(a-x)+A2x
由上三式得：x=(κ0-κt)a/ (κ0-κ∞)，代入式(2.9.2)，得
κ=(κ0-κt) /ta (κt-κ∞) (2.9.4)
重新排列得：κt=(κ0-κt) /kat +κ∞ (2.9.5)
因此，以κt 对(κ0-κt) /t 作图为一直线即为二级反应，由斜率即可求出反应速率常数k值；由两个不同温度下测得的速率常数k(T1)和k(T2)，按式(2.9.3)计算出该反应的活化能Ea。

三、仪器和试剂
1.仪器：数字电导率仪1台，恒温水槽1套，叉形电导管2只，移液管（10ml，胖肚）3 根；
2.药品：乙酸乙酯标准溶液（0.0212 mol·dm-3），NaOH标准溶液（0.0212 mol·dm-3）。

四、实验步骤
1．调节恒温槽
调节温度为25℃，同时电导率仪提前打开预热。

2．κ0的测定
分别取10ml蒸馏水和10ml NaOH标准溶液，加到洁净干燥的叉形管中充分混匀，然后将其置于25℃恒温槽中，恒温5min，并接上电导率仪，测其电导率值κ0。

3．κt的测定
在另一支叉形管的直支管中加10ml CH3COOC2H5标准溶液，侧支管中加10ml NaOH标准溶液，放入25℃恒温5min后，将其混合均匀并立即记时，同时用该溶液冲洗电极三次，开始测量其电导率值（由于反应为吸热反应，开始时会有所降低，因此一般从第6min开始读数）当反应进行6min，9min，12min，15min，20min，25min，30min，35min，40min时各测电导率一次，记录电导率κt及时间t。

反应结束后，倾去反应液，洗净电导池及电极，将铂黑电极浸入蒸馏水中。

4．调节恒温槽温度为35℃，重复上述步骤测定其κ0和κt ，但在测定时是按照进行4min，6min，8min，10min，12min，15min，18min，21min，24 min，27min，30min时测其电导率。

五、数据记录与处理
室温：24.9℃大气压力：100.46 kPa
初始浓度：C CH3COOC2H5=0.0212 mol·dm-3 C NaOH=0.0212mol·dm-3
-1）
表一电导率随时间的变化（25℃，κ
表二电导率随时间的变化（35℃，κ-1）
t/min 4 6 8 10 12 15 18 21 24 27 30 κt /uS·cm-12038 1835 1710 1618 1541 1454 1388 1337 1298 1266 1240 (κ0-κt)/t/
uS·cm-1·min-1
182 155 132 115 102 87.3 76.4 67.9 61.1 55.5 50.8
∴由两幅图中易得25℃时直线斜率k 1=11.35008，35℃时直线斜率k 2=5.95047，
则k(T 1)=1/( k 1×C CH3COOC2H5 )=1÷(11.35008×0.0212)=4.16；
k(T 2)= 1÷(5.95047×0.0212)=7.93
∴根据式(2.9.3)， Ea=ln( k(T 2)/ k(T 1)) ×R T 1 T 2 / （T 2- T 1）得:
Ea=ln(7.93÷4.16) ×8.314 ×298.15 ×308.15÷10=49.28 kJ/mol
六、注意事项
(1)乙酸乙酯溶液和NaOH 溶液浓度必须相同。

(2)由于乙酸乙酯易挥发，故称量时应在称量瓶中准确称取，并需动作迅速。

(3)乙酸乙酯溶液需临时配制，配制时动作要迅速，以减少挥发损失。

(4)在测定κ0时，所用的蒸馏水最好先煮沸，以除去二氧化碳；25℃和35℃的κ0测定中，
溶液须更换。

七、结果与讨论
1、实验所测得的乙酸乙酯皂化反应在25℃和35℃时的速率常数分别为：
κ(298.15)=4.16 (mol*m -3)-1*S
-1 κ(308.15)=4.16 (mol*m -3)-1*S -1
该反应的活化能为Ea=49.28 kJ/mol
2.误差分析
在该实验过程中，存在仪器本身的误差，也存在移液过程中造成的误差，同时还存在数据处理方面产生的误差。

误差具体来源可能有：
（1）、没有严格按照实验步骤进行。

（2）、电导池未清洗干净。

（3）、移液过程中，液体与移液管的刻度线不水平。

八、思考题
1、为何本实验要在恒温条件下进行，而且NaOH 溶液和 CH 3COOC 2H 5溶液混合前还
要预先恒温？
答：a 、因为反应速率与温度有关，温度每升高10℃，反应速率约增加2～4倍。

同时电导
值也与温度有关，所以实验过程中须恒温。

b 、NaOH 和CH 3COOC 2H 5溶液混合前要预先恒温，以确保反应在实验温度下进行。

2、如果NaOH 溶液和 CH 3COOC 2H 5溶液的起始浓度不相等，试问应怎么计算？
答：需按k ＝)()(ln )(1x b a x a b b a t ---计算k 值。

式中 x ＝a t ∞
--κκκ00κ (a 为两溶液中浓度较低的一个溶液的浓度)。

X 的表达式推导如下：
设NaOH 的起始浓度为a ，CH 3COOC 2H 5起始浓度为b ，且a ＜b ，则有：
NaOH ＋CH 3COOC 2H 5 CH 3COONa ＋C 2H 5OH
t ＝0 a b 0 0
t ＝t a －x b －x x x
t ＝∞ 0 b －a a a
又因为强电解质稀溶液的电导率与其浓度成正比，故有:
κ0＝A 1 a ；κ∞＝A 2 a ；κt ＝A 1(a －x)＋A 2 x
A 1、A 2是与温度、溶剂、电解质NaOH 及CH 3COONa 的性质有关的比例常数。

联立上述三个式子，可得出：x ＝a t ∞
--κκκ00κ 3、如果NaOH 溶液和 CH 3COOC 2H 5溶液为浓度，能否用此法求k 值？为什么？
答：不能。

因为在推导时，前提条件是强电解质的稀溶液，只有溶液浓度足够稀时，才能保
证浓度与电导有正比关系。

一般NaOH 和CH 3COOC 2H 5溶液的浓度为0.0200 mol ·dm －3 为宜，若浓度过低，则因电导变化太小，测量误差大。