电导法测乙酸乙酯皂化反应速率常数

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1、电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数摘要：为了体会实验当中反应体系非理想化，以及提高数据处理能力。将电导法 测定乙酸乙酯皂化反应反应速率常数的实验中乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度改为 不相等。在25.10C和35.10C下分别测得不同大小关系的皂化反应电导率。经 过数据处理之后，温度从25.10C升到35.10C时，反应速率常数从2.0588 (mol-1*L*min-1)升到3.5529 (mol-1*L*min-1)，乙酸乙酯浓度增大使得反应 速率常数增到3.5000 (mol-1*L*min-1)，反应的活化能为41.708KJ/mol此次试 验数据处理比较复杂，实验数据测定比较耗时，但得到了充

2、分的锻炼。关键词：皂化反应活化能反应体系非理想化Abstract In order toappreciate the experimental reaction system among non-ideal, and improve data processing capabilities. The conductivity method concentration of ethyl acetate saponification reaction experiments reaction rate constants in ethyl acetate and sodium hydroxide

3、to not equal. At 25.10 C and 35.10 C, respectively, the relationship between the measured responses of different sizes saponification conductivity. When after the data processing, the temperature rose from 25.10 C 35.10 C, the reaction rate constant from 2.0588 (mol-1 * L * min-1) raised to 3.5529 (

4、mol-1 * L * min-1), the concentration of ethyl increases so that the reaction rate constant increased to 3.5000 (mol-1 * L * min-1), the activation energy for the reaction 41.708KJ / mol the test data processing more complex, time consuming experimental data measured, but has been fully work out.Key

5、words Saponification Activation energy The reaction system non-ideal一. 仪器和试剂：DDS-11D型电导率仪，铂黑电极，电子天平，恒温槽，秒表，试剂瓶1只，碱式 滴定管1根，锥形瓶3只，100ml具塞锥形瓶4只，25ml移液管4 只, 5ml移液 管2只，10ml移液管2只，250ml容量瓶2只，100ml容量瓶2只，NaOH溶液， 乙酸乙酯，乙酸钠，邻苯二甲酸氢钾，酚酞。二. 实验原理： .二级反应乙酸乙酯的皂化反应的化学方程式为：CH COOC H +OH-1CH COO-+C H OH-一.3.253 .2 5 许多文

6、献和实验教材将实验条件设定为两个反应物的初始浓度相等，但是这样 的反应条件实际上很难达到，一则是因为空气中的CO会不断与NaOH溶液反应， 使得反应物的OH-的浓度不断发生变化，二则是乙酸乙酯本身的挥发性和自水解 反应使得其浓度也不会始终保持稳定。 随着反应的进行，溶液中导电能力强的OH-离子被导电力弱的CH COO-离子所取3代，溶液导电能力逐渐减少，可以用跟踪溶液点到变化的方式对该反应动力研究。三. 实验步骤: 调节恒温槽温度为25.10C。 配制溶液。称取1.8042g的乙酸乙酯，加入100mL的容量瓶中定容，取出其中 25mL,放入250mL容量瓶中定容。得到0.0205mol/L的溶

7、液。称取NaOH加入到试 剂瓶中，加入约500mL混合。配置0.0205*25/55=0.0093mol/L的乙酸钠溶液。 分别取25mL乙酸乙酯和30mLNaOH放入具塞锥形瓶，并放入恒温槽中浸润。校 正电导率仪，将达到温度的溶液混合，并且当混合一半时计时，之后调到合适的 档位。开始记录电导率。记录一个小时后结束。测定30mLNaOH+25mLH2O的电导 率。测定0.0093mol/L乙酸钠的电导率。 对NaOH溶液用邻苯二甲酸氢钾进行标定。 分别取30mL乙酸乙酯和25mLNaOH放入具塞锥形瓶，并放入恒温槽中浸润。校 正电导率仪，将达到温度的溶液混合，并且当混合一半时计时，之后调到合适

8、的 档位。开始记录电导率。记录一个小时后结束。测定25mLNaOH+30mLH2O的电导 率。配置0.0201*25/55=0.0092mol/L的乙酸钠溶液。测定0.0092mol/L乙酸钠 的电导率。 调节恒温槽温度为35.10C，重复步骤。 整理仪器四. 实验数据与处理：1. 原始数据（附后excel表），包括以下部分数据处理；2. 因为刚开始测定时对电导率使用不会，且电导率仪很容易读的不准确，所以 舍去读数相同的，并且舍去第一组数据的前三个数据。通过origin软件进行 拟合，获得以下拟合参数和误差分布。.做出三种温度下的Kt-t关系图：1.9 -1.8 -1.7 -25.10 C的K

9、t-t的曲线图1ModelExpDec1Equationy = A1*exp(-x /t1) + y0Reduced Chi-Sqr5.19648E-5Adi R-Squar0.99775ValueStandard ErrBy01.349560.01203BA10.932990.01401Bt117.05090.81973图1.6 -1.5 -1.4 -51015202530354045t(min)25.10X的Kt-t的曲线图205.21ModelEquationExpDec1y = A1*exp(- x/t1) + y0Reduced Chi-Sqr5.00067E-4Adj. R-Squ

10、a0.99292By0Value0.9425Standard Er0.01562BA10.97160.0175Bt117.6130.91009010203040506070t(min)35.10X的心丹的曲线图2.5 -ModelExpDec1Equationy = A1*exp( -x/t1) + y0Reduced Chi-Sqr3.4687E-4Adj. R-Squa0.99673ValueStandard ErBy01.52450.01391BA11.06010.01623Bt110.3970.4613902040t(min)以上三张图可以看出，都接近公式Kt=Aexp(-t/B)+C

11、,这说明随着时间的增长，Kt 越来越少，减缓速度越来越慢。ab Kn k,质 w+一)rpr - m K，K KN，念EE-r &M0.36 0.34 一 0.32 Kk 0.30 I 广， K 0.28 R疗 0.26 , bB 0.24,0.22 25.1TCS=XHSS1BBQZ) CDQ au 喘 ns ofrResidualSum ofWeiahtEquation y = a + b*xSlope0.0035 1.33162E-4Intercept0.975480.988356.11034E-4No Weight!0.1993g uCD0.00333Standard Er1。 15

12、2。 25 3。 35 4。 45i(m5)25LL0rts3(xs号BBAdi. R-SquQQ au=5S ofrResidualSum ofWeightEquation y = a + b*xs o %Intercept0.994430.997340.00236No Weight!1.2566E-40.00379Standard Ei(m5)t(min)实验条件理论截距截距相对误差截距误差分布斜率25.10CNaOH 过量 0.1678808730.1993 19%0.00330.003525.10CNaOH 少量 0.1967102940.21610%0.003790.00735.10

13、CNaOH过量 0.1678808730.22683 35%0.00789 0.00604实验条件 速率常数 (mol-1*L*mir文:献值相对误差相关系数斜率误差分布25.10CNaOH 过量 2.0588235296.4254 68%0.975480.00013325.10CNaOH 少量3.56.4254 46%0.994430.00012635.10CNaOH 过量 3.55294117611.9411 70%0.944160.000401实验分析：从三张图可以看出，三者为直线，说明乙酸乙酯皂化反应对两个反应 物均呈现为一级反应，总反应级数为2。但是因为实验产生误差，25.10C图一

14、和 35.10C相关系数比较低，斜率的误差分布比较低。文献值与所测的值差了太大 了，可能与反应的计数以及乙酸乙酯的挥发和NaOH的吸收CO2所致。计算不同 温度下NaOH溶液与乙酸乙酯溶液比例相同的活化能，将数据代入Ea=RT1T2/(T2-T1)ln(k2/k1)=8.3145* (25.10+273.15)* (35.10+273.15)/10*ln(3.5529/2.0588 ) =41.708kJ/mol。文献值为 46.1kJ/mol 则相对误差为：(46.1-41.708)/46.1*100%=9.53%，活化能的误差不大，因为活化能受实验条件 影响小。以数据较好的25.10C的N

15、aOH过量做x-t的曲线图，并求出切线斜率。以 ln(dx/dt)-x做图，按照方程：ln(dx/dt)=lnK+Aln(a-x)+Bln(b-x)拟合出该方程的形式进行非线性拟合，得到动力学参数：0.0080.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000x-t曲线图-7.5 -8.0 -8.5 -9.0 -9.5 -10.0 -10.5 -11.0 -ModelNewFunction8 (User)Equationy=ln(A)+B*ln(0.0112-x)+C*ln(0 .0092-x)Reduced Chi_Sqr0.04571Adj. R-Square/

16、ah qFrrcrA1751 28586BB5 16.906222 98934.uvuu236901BJ.9893 10.03508乙.3690 i11.58782010203040506070t(min)25.10Cln(dx/dt)-1 曲线图 20.000 0.001 0.002 0.003 0.004 0.005 0.006 0.007 0.008从公式上看，A代表速率常数，B代表乙酸乙酯的化学计量数，C代表氢氧化钠 的化学计量数，结果显示的与文献值差别很大，但是有可能是反应才刚刚开始， 有大部分乙酸乙酯还没有反应完。如果测的是整个反应完全，或许会有意义。五. 实验讨论与反思：1. 实

17、验结果是否充分证明乙酸乙酯皂化反应的总反应级数为2级？答：由和可知，图形是一直线，则总反应级数为2级。2. 请挑选某个温度线下的2组实验数据，用方程Kt=1/ak*(K0-Kt)/t+K处理计算一下，看看得到的k值是什么结果，从中可以得到什么结论？答.对于数据进行处理。(附后表)，用Origin软件画出如下图：A.在 25.10C下 30mlNaOH+25ml 乙酸乙酯25.10C下 Kt-(K0-Kt)/t 的直线图9 8 7 6 5 4Equationy = a + b*xWeightNo WeightingResidual Sum of Squares0.00457Paaracnu r0

18、.99449Adi RSquare0.98836ValueStandard ErrorBIntercept1.038950.01578-BSlope17.07170.436480.0200.0250.0300.0350.0400.0450.050(K0-Kt)/t反应速率常数为二1/(17.0715*0.0093)=6.2973 (mol-1*L*min-1) 可知在反应速率常数之内。B.在 25.10C下 25mlNaOH+30ml 乙酸乙酯,与文献值对比je G,5m/1K,与文献值对比反应速率常数为二1/(16.51148*0.00)=5.5058 (mol-1*L*min-1)可知在文

19、献值范围内。结论：可知K值与文献值相同，但是乙酸乙酯所占比例较大时截距较为接近理论 截距。每一种处理方法都有自己优点和缺点，而此种做法将实验中条件理想化， 使得接近文献值。说明此文献值需要假设在实验条件理想下算得。但实际上实验 条件是不理想的。这说明我们所做的实验结果有可能是事后诸葛亮，在做实验的 时候我们应该更加关注实验方程所代表的意义。3. 有两篇文献都提出了电导法测定乙酸乙酯皂化反应动力学参数数据处理的不 同方法，请阐述这两种数据处理方法的思路，并且比较其优劣。文献1：冯安春，冯喆，简化电导法测量乙酸乙酯皂化反应速率常数；文献 2： Danniels F.;Williams J.W.;B

20、ender P.;Alberty R.A;Cornwell C.D.Experimental Physical Chemisty,6th Ed.McGraw-Hill Book Co.,Inc.,NY1962:pp144-150答：文献1：无需乙酸乙酯和氢氧化钠的大小比例，利用Lt=1/kECf入fm以及 ln(Lt-B/m)/(Lt-L )=a kt+ ln(Lt-B/m)/(L0-L )，画出 ln(Lt-B/m)/(Lt-L )对 t 的直线， 求出k；文献2：分美讨论乙酸乙酯和氢氧化钠大小比例不同的情况下，利用活 化能和焓变值的转换，利用公式 log(ARi+1)/(BRi+1)=k1

21、 (a-b) *t/2.303+log(a/b)， 画出log(ARj+1)/(BRj+1)对t的直线，求出k；前者可以去除实验的非理想条件，后者数据比较好处理，不用求B，m。六、实验反思和拓展：反思：本次实验因为刚开始对于电导率仪没有很好的理解使用，又因为实验时间的安排 没有安排好，导致后来实验数据测的很烂，如果电导率仪不是读表盘而是电子的 以及溶液可以搅拌不仅仅是在热水浴里混合，或许对于实验数据更好的。查找文 献的能力比较弱，英语总结能力也很差，希望在实验当中能够提升的更好。 拓展：从60年代开始，磁场对水系物理化学性质的研究就受到科学界的重视并发现磁场能改变水 系及非水体系的许多性质14。到目前为止，磁处理技术在工业，农业，石油开采，混凝土，生物 及医学等领域得到了广泛应用57。近20年来,磁场对化学反应的影响已成为化学领域的 重要研究课题。然而因许多研究表明，磁场对化学反应的影响都是通过自由基施加作用而体 现的8,故人们更注重于研究那些有自由基参加的化学反应。因磁场能改变水及水系的物理 化学性质，如果对水系中进行的同一反应，磁场能改变其溶剂效应，则必然引起化学反应速率 的改变。七. 参考文献：物理化学实验讲义、物理化学