北京大学《物理化学实验》实验报告：乙酸乙酯皂化反应

乙酸乙酯皂化反应

摘要：本实验测算乙酸乙酯皂化反应的速率常数及活化能。利用乙酸乙酯皂化反应前后反应物与产物的电导率的不同，使用电导率仪监测反应进度，确定体系电导率随反应时间的变化。利用测得电导率与各物种浓度的关系，代入二级反应动力学方程进行拟合，计算得到在(44.00±0.05)℃时该反应速率常数为(0.395±0.002) L·mol-1·s-1。并结合6个不同温度下测得的速率常数，利用Arrhenius公式计算得该反应的活化能为(52.5±2.0) kJ·mol-1。

关键词：电导率；速率常数；活化能

1 实验部分

1.1 仪器和药品

DDS-I1A型电导率仪，恒温槽，万分之一天平，夹层皂化管，大试管，50及100mL 容量瓶，25mL移液管，停表。

乙酸乙酯(AR)，NaOH(0.02052mol·L-1)，二次水。

1.2 实验步骤

1.2.1 调节恒温槽

打开恒温槽，调节温度至44.00℃。调节温度时先设定温度为43℃左右，待恒温槽温度稳定后再缓慢调节（防止温度飞升），使温度到达(44.00±0.05)℃。待温度稳定在44.00℃后，关闭大加热开关，拧紧调节旋钮防止温度发生较大波动。

1.2.2 配制乙酸乙酯溶液

向100mL容量瓶中加入约三分之二体积的水，再用100μL微量注射器加入乙酸乙酯0.1798g（理论应加入量0.1808g）加入乙酸乙酯时确保将酯直接滴到水面上，定容，摇匀。

1.2.3 测定κ

用50mL容量瓶将氢氧化钠溶液准确稀释一倍。将稀释后的氢氧化钠溶液一部分倒入大试管，剩下的淋洗铂黑电极，再将电极插入大试管，恒温10min。

打开电导率仪，调节“温度”旋钮至25℃；将“选择”旋钮拨到“校正”，调

“常数”旋钮至电导池常数（实际使用的电导率仪的常数为0.979），再拨到“测量”，读出示数并记录。

1.2.4 测定κ

t

用移液管移取25mL氢氧化钠溶液至管，移取25mL乙酸乙酯至夹层皂化管外管，塞好盖子，和一支干燥洁净的大试管一起恒温10min。

取出皂化管，倾斜使氢氧化钠和乙酸乙酯全部混合，同时开始计时。摇晃使溶液混匀，然后快速将一部分溶液倒入大试管至接近一半高度，剩下溶液淋洗铂黑电极，并将电极插入大试管，从2min开始，每隔2min记录一次数据，30min后每4min记录一次。测定总时长为46min。

共平行测定三次。

1.2.5 清洗仪器

将皂化管和大试管用蒸馏水洗净、烘干，容量瓶用蒸馏水洗净，微量注射器洗净并烘干。电极用去离子水洗净后插入装有去离子水的大试管中。

2 数据记录与处理

2.1 实验数据记录

前的准备数据记录如下表：

测定κ

t

表 1 准备数据

M/(mg)C NaOH/(mol·L-1) κ0/(S·m-1)

179.8 0.02052 0.329

的数据记录如下表：

三次平行κ

t

表 2 反应过程中电导率数据记录

第二次测量

注：测定温度均为43.95~44.00℃。

2.2 数据处理和速率常数计算 2.2.1 第一次测量

κt (S ·m -1)

t (min)

图 1 第一次测量中体系的κt -t 图a

a ）曲线由OriginPro 9.1进行B-Spline 拟合得到。

第一次测量数据处理如下：

表 3 第一次测量数据处理

t /s

κt /(S·m -1)

(κ0-κt )/ (S·m -1)

(κ0-κt ) / t / (10-4

·S·m -1·s -1

)

120 0.258 0.071 5.92 240 0.231 0.098 4.08 360 0.210 0.119 3.31 480 0.197 0.132 2.75 600 0.187 0.142 2.37 720 0.179 0.150 2.08 840 0.173 0.156 1.86 960 0.168 0.161 1.68 1080 0.164 0.165 1.53 1200 0.160 0.169 1.41 1320 0.158 0.171 1.30 1440

0.155

0.174

1.21

1560 0.153 0.176 1.13 1680 0.151 0.178 1.06 1800 0.150 0.179 0.99 2040 0.148 0.181 0.89 2280 0.146 0.183 0.80 2520 0.144 0.185 0.73 2760 0.142 0.187 0.68

作κ

t - (κ

-κ

t

)/t图，如图2（480s之前的数据偏离太大，故舍去）。

0.14

0.15

0.16

0.17

0.18

0.19

0.20

κ

t

(

S

·

m

-

1

)

(κ0-κt)/t (10-4·S·m-1·s-1)

图 2 第一次测量数据的κ

κ

- (κ

-κ

t

)/t图

拟合曲线：y=(0.0265±0.0003)x+(0.1238±0.0004)，R2=0.9983。由电导率与浓度的关系以及二级反应动力学方程，有：

κt=κ0−κt

kat

+κ

∞

初始浓度a=0.01026 mol/L. 1/(ka)=(0.0265±0.0003) s. 则可得速率常数k=(0.368±0.004) L·mol-1·s-1.

2.2.2 第二次测量