乙酸乙酯皂化反应速率系数的测定

实验报告
课程名称：__中级化学实验______指导老师：___王永尧___成绩：__________________ 实验名称：_乙酸乙酯皂化反应速率系数的测定__实验类型：______同组学生姓名：_________ 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一．实验目的
1.学习测定化学反应动力学参数的一种物理化学分析法——电导法。

2.学习反应动力学参数的求解方法，加深理解反应动力学的特征。

3.进一步认识电导测定的应用，熟练掌握电导率仪的使用。

二．实验原理
对于二级反应：
A +
B → 产物
如果A 、B 两物质起始浓度相同，均为a ，反应速率的表示式为：
2)(x a k dt
dx
-= 式中：x 为t 时刻生成物的浓度。

上式积分得：
⎥⎦
⎤⎢⎣⎡-=)(1x a a x t k
实验测得不同t 时的x 值，计算相应的反应速率常数k 。

如果k 值为常数，证明该反应为二级。

通常，以
x
a x
-～t 作图，若所得为直线，证明为二级反应，并可从直线的斜率求出k 。

所以在反应进行过程中，只要能够测出反应物或生成物的浓度，即可求得该反应的k 。

温度对化学反应速率的影响常用Arrhenius 方程描述：
2ln RT
E dT k
d a = 式中：E a 为反应的活化能。

假定活化能是常数，测定了两个不同温度下的速率常数k （T 1）
与k （T 2）后可以按下式计算反应的活化能E a ：
)()()(ln
1
22112T T T
T R T k T k E a -⨯= 乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为：
CH 3COOC 2H 5 + OH －→ CH 3COO － + C 2H 5OH
反应系统中，OH －电导率大，CH 3COO －电导率小。

所以，随着反应进行，电导率大的OH －逐渐为电导率小的CH3COO － 所取代，溶液电导率有显著降低。

对于稀溶液，强电解质的电导率κ与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成该溶液的电解质的电导率之和。

若乙酸乙酯皂化反应在稀溶液中进行，则存在如下关系式：
a A 10=κ
专业：__应用化学0701__ 姓名：____洪俊杰_____
学号：___3070601067____ 日期：______12.25______ 地点：_____________
a A 2=∞κ
x A x a A t 21)(+-=κ
式中：A 1、A 2是与温度、电解质性质和溶剂等因素有关的比例常数，κ0、κt 、κ∞分别为反应开始、反应时间为t 时和反应终了时溶液的总电导率。

由以上式子可得：
a x t
)(
00∞
--=κκκκ
整理可得：
∞+-=
κκκκt
ak t
t 01 式*
因此，以 t κ～
t
t
κκ-0作图为一直线即说明该反应为二级反应，且由直线的斜率可求
得速率常数k ；由两个不同温度测得的速率常数k （T 1）与k （T 2），可以求出反应的活化能
E a 。

由于溶液中的化学反应实际上非常复杂，如上所测定和计算的是表观活化能。

三．实验仪器和试剂
仪器：电导率仪1台；数字记录仪1台；恒温水浴1套；DJS —1型电导电极1支；双管反应器2只；100mL 容量瓶1个；20ml 毫升移液管2支；0.2毫升刻度移液管1支。

试剂：0.0200mol/L NaOH 溶液；分析纯乙酸乙酯；去离子水或蒸馏水。

四．实验步骤
1． 配置0.0200 mol/dm -3
乙酸乙酯溶液：用0.2ml 刻度移液管移取0.200ml ，加到预先放好
三分之二去离子水的100ml 容量瓶中，然后稀释至刻度，加盖摇匀备用。

2. 测量： 将洁净干燥的双管反应器置于恒温水浴（20℃）中，用移 液管取20毫升0.0200 mol/L 乙酸乙酯溶液，放入粗管，见左 图。

将电极用电导水认真冲洗3次，用滤纸小心吸干电极上的水，
然后插入粗管，并塞好。

用另一支移液管取20ml 0.0200 mol/L
NaOH 溶液放入细管，恒温约10min 。

用洗耳球迅速反复抽压细管 两次，将NaOH 溶液尽快完全压入粗管，使溶液充分混合。

记录仪 必须在反应前开始记录，大约12min 可以停止测量。

重复以上步 骤，再次测定25℃以及30℃、35℃、40℃时反应的κ 。

实验结束 后，将电极用电导水冲洗后，浸入电导水中，将双管反应器洗净
放入烘箱。

图1 双关反应器
五．数据记录与处理
室温：12.70C 大气压：102.81Kpa
κo 数据采用NaOH 稀释一倍的电动势，见下表
表1 不同温度下的κo
温度/0C
25 30 35 40
E 0/mv 6.47 7.24 8.07 8.35 因为Eo 与电导率κo 成正比关系，而根据式*，可以用Eo 代替κo ，再做直线求出速率常数k 。

具体实验数据见打印图。

5.2
5.4
5.6
5.8
6.0
6.2
6.4
6.6
E t /m v
(E 0-E t )/t
根据
∞
+-=
κκκκt ak t
t 01可知，速率常数k=1/（a*斜率），a=0.01mol ·L -1
由图可得，k=100/1042.0=0.096mol/（L ·s ）
图3 300C 时
Et~（Et-Eo ）/t 关系图
5.6
5.8
6.06.26.46.66.8
7.0
7.2E t /m v
(E 0-E t )/t
由图可得，k=0.114mol/（L ·s ）
6.4
6.66.8
7.07.27.47.67.8
8.0
E t /m v
(E 0-E t )/t
由图可得，
5.8
6.06.26.46.66.8
7.07.2E t /m v
(E 0-E t )/t
由图可得，k=0.451mol/（L ·s ） 六、实验结果与讨论。

表2 不同温度下乙酸乙酯造化反应速率常数
温度/0C 25 30 35 40 k 实验值/ mol/（L ·s ） 0.096 0.114 0.233 0.451 k 理论值/ mol/（L ·s ）
0.107
0.147
0.199
0.268
由250C 和350C 两个温度下的k 值求得表观活化能Ea=67.73KJ/mol 。

文献值为61.09 KJ/mol ，
RE%=+10.87%。

误差分析：首先误差来源主要来自于反应起始点的不确定，本实验由于E~t曲线最高点不易取得，并且线性较差，所以选取NaOH稀释一倍的数据作为起始数据。

而时间则是取电势突跃时的数据。

同时NaOH会与CO2反应，乙酸乙酯会挥发，都会造成误差。

从表中可以看出400C的误差很大，从图5（400C）的截距比图4（350C）的截距小，即表示350C时的κ∞比400C时的κ∞大，显然这是不符合规律的，实验过程中重复了两次都是如此，可能是仪器出现了问题。

七、心得体会
实验过程首先在配置溶液时未考虑乙酸乙酯密度随温度的变化，会有细小的误差，并且在恒温过程中也会有挥发、反应等因素影响，操作中洗耳球二次挤压是关键。

思考题
1.为什么乙酸乙酯与氢氧化钠溶液必须足够稀？
因为在稀溶液中，每种强电解质的电导率，与其浓度成正比，应用稀的乙酸乙酯和氢氧化钠来做。

2. 被测溶液的电导主要是哪些离子的贡献？反应过程中电导率如何变化？
被测溶液的电导主要是氢氧根离子和乙酸根作贡献的。

电导率逐渐变小最后趋向稳定。

3.为什么用洗耳球压溶液混合要反复两次，而且动作要迅速？
实验要求反应液要混合均匀，以提高数据的准确度，因此要反复的压两次来使溶液混合均匀。

动作迅速则可以得到较好的E~t曲线，可以较好的得到最高点。

4.为什么可以用记录纸的格子数代替电导率计算反应速度常数？
由于电导率的大小与实验中的记录仪的格子数目（即电势）成正比，一次可以用记录仪的格子数来代替电导率仪的读数。

5.预先单独测定NaOH溶液的电导率有何作用？
作为κ0使用。

6.要确定κ∞可采用哪些方法？
由κt对(κ0-κt)/t作图得到一条直线，由此可以得到截距就是，也可以用稀释的乙酸钠溶液单独测得。

7.反应溶液在空气中放置时间太长对结果有什么影响？
若反应溶液在空气中放置时间太长会试乙酸乙酯挥发，减小其开始浓度，OH-与CO2反应使得实验的k值变小，使得活化能不准确。