用准一级方法测乙酸乙酯的速率常数

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1、础吉首化化学学学学实艺系验IV实验报告实验名称:用准一级反应的方法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数专业：化工班级：08化一学号：20084064046姓名：曹飞指导老师：刘文萍实验日期 2010年12月26日一、目的要求一、了解准一级反应的特点，学会用图解法求取准一级反应速率常数。二、用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，了解反应活化能的测定方法。三、掌握测量原理，并熟悉电导率仪的使用。二、基本原理乙酸乙酯皂化是一个二级反应，其反应式为：CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH若乙酸乙初始浓度很大，并且在反应前后它的浓度变化可以忽略不计，则这样就近似可以将这个 二级

2、反应看做是一个一级反应。若反应物CH3COOC2H5和NaOH的初始浓度分别为a和6设反应时间为t时,反应所产生的 CH3COO-和C2H5OH的浓度为x,若逆反应可忽略，则反应物和产物的浓度时间的关系为：CH COOCH+ NaOHT CH COONa + C H OH32 532 5t=0ac00t二ta-xc-xxxt=8一 a一 0一 c一 c上述二级反应的速率方程可表示为：d 一 空= k(a-x)(c-x)dtdt因a浓度很大，故上式可用一级反应写为:d(c - x)dx=一 dtdt积分得:kat = In C (11.2)(c x)显然，只要测出反应进程中任意时刻t时的x值,再

3、将已知浓度c代入上式，即可得到反应的速率常数k 值.因反应物是稀水溶液，故可假定CH3COONa全部电离.则溶液中参与导电的离子有 Na+、OH-和CH3COO-等,Na+在反应前后浓度不变，OH-的迁移率比CH3COO-的大得多.随着反应时间的增加，OH-不吉首大学化学化工学院化学工程与工艺系断减少，而CH3COO-不断增加，所以体系的电导值不断下降.在一定范围内，可以认为体系电导值的减少量与CH COONa的浓度x的增加量成正比，即： 3t=tx=3(K 0 - K ) (11.3)t=8c=/3 (k 0 - K ) (11.4)式中，K 0和K t分别是溶液起始和t时的电导值，K 8为

4、反应终了时的电导值，6是比例系数.将 (11.3)、(11.4)代入(11.2)得：kar =吨际 o一七)=InWLpK -K ) - K -K ) K -K (.员据上式可知，只要测出K 、K和一组K值，据(11.5)式，由In(K K )/(K K )对t作图, 08t08t 8应得一直线,从其斜率即可求得速率常数k值.三. 仪器与试剂仪器:DDS-307型数字电导率仪1台超级恒温水浴槽2套秒表1块双管电导池1个移液管(10 mL)2支DJS-1型铂黑电极1支洗耳球1只大试官3支锥形瓶(50ml)4只电吹风1个铁架台(含铁夹)若干蒸馏水试剂：NaOH (0.0010, 0.00200 m

5、ol/L)CH COONa (0.0010 mol/L)3CH3COOC2H5(0.10mol/L)四：实验步骤:1. 开启恒温水浴电源，将温度调至所需值25 r。开启电导率仪的电源预热。2. K 0的测定(1) 洗净双管电导池并烘干，倒入适量0.001 mol/L NaOH溶液(以能浸没铂黑电极并高出1cm为宜)。(2) 用电导水洗涤铂黑电极，再用0.001 mol/LNaOH溶液淋洗，然后插入电导池中。(3) 将安装好的双管电导池置于已恒温的水浴中恒温10分钟。吉首大学化学化工学院化学工程与工艺系测量溶液的电导(率)值,每隔2 min测量一次，共3次。3. K 的测定实验测定过程不可能进行

6、到t=8,且反应也并不完全可逆，故通常以0.001 mol/L的CHCOONa 3溶液的电导(率)值作为K疽测量方法与K 的测量方法相同。但必须注意，每次更换测量溶液时，须用 电导水淋洗电极和电导池，再用被测溶液淋洗三次。4. Kt的测定(1) 电导池和电极的处理方法与上述相同，安装后置于恒温浴中恒温.(2) 用移液管量准确取10 mL 0.00200 mol/L NaOH溶液放入洗净并干燥的电导池的A管，盖上装好电 导电极的橡皮塞；用另一支移液管吸取10 mL0.100 mol/L CH3COOC2H5溶液注入电导池的B管 中，盖上带洗耳球的橡皮塞，置于恒温水浴中恒温至少10 min。(3)

7、 用洗耳球从B管压气，将CH3COOC2H5溶液快速压入A管中，溶液压入一半时，开始记时,并继续 压气，将B管中的溶液全部压入A管，放手，让洗耳球将A管中的溶液吸入B管，约到一半时，再用力 压洗耳球，使B管中溶液再次全部进入A管.如此反复几次，使溶液混合均匀,并立即测量溶液的电 导(率)值.压气时注意不要使溶液冲出！(4) 每隔1 min测量一次，直至电导(率)值基本不变为止。除记录第一个数据的外，其它各数据在测量 时,应该尽量保持在整数分钟时测定，以便于进行数据处理。整个反应约需时45 min1 h。(5) 反应结束后，倒掉反应液，洗净电导池和电导电极.按步骤3方法重新测量K疽若所得结果与前

8、次 基本一样，则可进行下一步实验。5. 反应活化能的测定按前述各步，重新测定35度下的反应速率常数,按阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式计算反应的活化能E.五、实验原始记录25 C时间/min1.52.53.54.55.56.57.58.5kt/*10-6s/cm169.8152.6139128.8121.1115.6111.1107.8时间/min9.510.511.512.513.514.515.516.5Kt/*10-6s/cm105.1102.9101.299.998.89897.496.9ko/*10-6s/cm194.6k/*10-6s/cm95.735 C时间/min0.51.

9、52.53.54.55.56.57.5kt/*10-6s/cm218183.1160.2145.6136.9131.2127.7125时间/min8.59.510.511.5Kt/*10-6s/cm123.7122.4121.6121.3Ko/*10-6s/cm248k/*10-6s/cm119.3六、实验出现问题记录1. 实验时测kt时反应速率过快，应该减小测量时间间隔。七、数据处理4 I35CY=0.06965+0.42522X25CY=-0.0813+0.25799X106T/min由 25 C下知 kt*a=0.25779,所以 25C下k 2510.257990.05=5.1598(

10、mol/1)-1 - min -1由 35C下知 kt*a=0.42522，所以 35C下 k35 = 0.42522 = 8.5044(mol/1)-1 -min-120.05k(T )TT所以由阿伦尼乌斯公式E = lnx R(1)得E=38.2kJ/molk (T)T T121经查文献乙酸乙酯皂化的活化能为：47.3 kJ/mol 所以相对误差二(38.2-47.3) /47.3*100%=19.24%八、结果分析及问题讨论1、该实验是只将乙酸乙酯的浓度变大，那么能否只改变NaOH浓度呢？答：不能，因为反应物是稀水溶液，如果只是将NaOH浓度变大，在可假定ch COONa全部电离的情 3

11、况下.则溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和CH COO-等,Na+在反应前后浓度不变，而OH-的迁移率比吉首大学化学化工学院化学工程与工艺系CH3COO-的大得多.随着反应时间的增加,OH-浓度几乎不变，所以溶液的电导率变化不大，就不能准确 测定乙酸乙酯皂化的反应速率。2、如果NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液为浓溶液，能否用此法求k值？为什么？答：不能，因为只有对稀溶液，强电解质的电导率k与其浓度成正比，才能得到kat = In二 (c - x)作一条直线，求出k值。3、为何本实验要在恒温条件下进行，而且NaOH溶液和CH COOC H溶液混合前还要预先恒温？32 5答：因反应速度与

12、温度有关，温度每升高10C，反应速度约增加24倍，同时电导率也与温度有关， 所以实验过程中须恒温。且NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液混合前要预先恒温，以保证反应在实验温度下 进行。误差分析及两种方法比较： 本实验相对误差仍然比较大，这是由于乙酸乙酯皂化反应的活化能是 通过不同温度下反应速率而求得的平均活化能，所以只用两个温度求得的速率常数而得到的活化能是 不准确的，而且在反应过程中电导水中和空气中的CO对实验的影响仍不能忽略，但是此相对误差比 通过二级反应得到的相对误差(45%)要小，而且采甫准一级反应的方法可以解决强电解质浓度与电 导为正比例关系需要NaOH的浓度足够低和乙酸乙脂浓度如果低了，配制浓度的误差会影响结果的问 题，因此此方法比较可行。参考文献：1. 曹楠.枣庄师专实验中心，山东枣庄，277160.测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法；2. 王晓菊，陈瑞战.长春师范学院化学系，吉林长春，130032.电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数 的实验改进；3. 宋丽华.淮南联合大学化工系.乙酸乙酯皂化反应速率系数测定数据处理方法；4. 玉占君，张文伟,任庆云.辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连，116029.电导法测定乙酸乙酯皂化 反应速率常数的一种数据处理方法；