乙酸乙酯皂化反应速率系数测定

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1、乙酸乙酯皂化反应速率系数测定崔毅杰/2011011738 分1同组实验者姓名：卢策实验日期：2013年11月28日提交报告日期：2013年12月5日实验指导教师：袁斌1引言1.1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方法一一电导法。2. 了解二级反应的特点，学习反应动力学参数的求解方法，加深理解反应动力学特征。3. 进一步认识电导测定的应用，熟练掌握电导率仪的使用方法。1.2实验原理反应速率与反应物浓度的二次方成正比的反应为二级反应，其速率方程式可以表示为(1)(2)-dC=k2C2dt将（1）积分可得动力学方程:c dc tC0它=0k2dt-丄二k 2t(3)c C0式中

2、：c0为反应物的初始浓度；c为t时刻反应物的浓度；k2为二级反应的反应速率常数。将1/c对t作图应得到一条直线，直线的斜率即为k2。对于大多数反应，反应速率与温度的关系可以用阿累尼乌斯经验方程式来表示：EaIn k=lnA- -（4）RT式中：Ea为阿累尼乌斯活化能或反应活化能；A为指前因子；k为速率常数。实验中若测得两个不同温度下的速率常数，就很容易得到(5),kT2Ea T2-T1In=一 kT1R 1T1T2由（5）就可以求出活化能 Ea。乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，CH3COOC2H5+NaOH CH3COONa+C 2H5OHt=0 时，cC000t=t 时，C0-XC0

3、- xXXt=胡寸，X- Co X- Co设在时间t内生成物的浓度为X,则反应的动力学方程为汁（Co-x）k2= 1t Co(Co-X)(7)本实验使用电导法测量皂化反应进程中电导率随时间的变化。设表时间为0、t和g （反应完毕）时溶液的电导率，则在稀溶液中有:o=AiCot=A1 （c0-x）+A 2x式中Ai和A2是与温度、溶剂和电解质的性质有关的比例常数，由上面的三式可得o-tiX= Co将（8）式代入（7）式得：(8)整理上式得到(9)(io)以t对C -1-:：）t作图可得一直线，直线的斜率为-k2co,由此可以得到反应速率系数k2 。溶液中的电导（对应于某一电导池）与电导率成正比，

4、因此以电导代替电导率，（io）式也成立。实验中既可采用电导率仪，也可采用电导仪。2实验操作2.1实验用品计算机及接口一套（或其他电导数据记录设备）；DDS-11A型电导率仪一台；恒温槽一套；混合反应器 3个；电导管2个；2oml移液管2支；ioml移液管2支；o.2ml移液管1 支；iooml容量瓶i个；洗耳球一个。图1混合反应器示意图0.0182mol?L-3NaOH标准溶液；0.0091mol ?L-3NaAc溶液（此浓度值为 NaOH标准溶液 的一半）；乙酸乙酯（AR ）;新鲜去离子水或蒸馏水。2.2实验条件无特殊要求。2.3实验操作步骤及方法要点乙酸乙酯溶液的配制配制100ml乙酸乙酯

5、溶液，使其浓度与氢氧化钠标准溶液相同。乙酸乙酯的密度根据下式计算：3一 32，/(kg m )=924.54 -1.168 (t/C)-1.95 10(t/C)配制方法如下：在100ml容量瓶中装2/3体积的水，用0.2ml刻度移液管吸取所需乙酸 乙酯的体积，滴入容量瓶中，加水至刻度，混匀待用。所需乙酸乙酯的体积计算方法：nM 0.1cMV / L =P P=0.146mL0.仆88.10512c/(mol L，)924.54 -1.168 (t/ C) -1.95 10 (t/ C)2仪器和药品准备检查仪器药品，接通电源。设定恒温槽温度为18C（可根据实际情况调整），用稀释一倍的氢氧化钠溶液

6、调电导率仪指针在大约五分之四满刻度的位置（注意实验过程中不准在调指针位置），并接通相应设备电源，准备数据采集。测量将混合反应器（如图1所示）置于恒温槽中，用20ml移液管移取氢氧化钠标准溶液于 1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，将电导电极插入2池，恒温约10分钟，用洗20分钟后即可停止实验。耳球使1、2池中溶液混合均匀并立即开始电导数据采集，约Kx。第一组：ti=19.62 C : ：=580 卩 S/cm1400时间/s第二组：t2 =21.48 C:：=609S/cm取适量醋酸钠溶液于电导管中，插入电导电极，恒温后测定醋酸钠溶液的电导率（应多次测量，直到显示数据没有太大变化为止

7、）升高温度35C，重复以上步骤测定反应电导率的变化，直到22C左右。2.3注意事项2.5.1.温度的变化会严重影响反应速率，因此一定要保证恒温。不要敞口放置 NaOH溶液，以防吸收空气中 CO2，使其浓度变化。混合过程既要快速进行，又要小心谨慎。不要将溶液挤出混合器。过程中更换反应液需要将电导率电极清洗干净，但不可擦拭内部镀有铂黑的部分。采集数据过程中，要尽量避免对计算机进行其他操作，以防数据失真。3结果与讨论3.1原始实验数据实验室气温16.2C,气压102.30kPa,湿度3%NaOH 溶液浓度：0.01501mol/L ;乙酸乙酯溶液浓度：0.01501mol/L ;醋酸钠溶液浓度：0.

8、00750mol/L。计算机采集电导率随时间变化的数据，做出电导率-时间图如下:第三组：t3=24.69C&二=653卩S/cm（已剔除一异常点）)1400时间/S率导电3.2数据处理取三组数据的600秒到1000秒，以对-.t-）t作图，由直线斜率求出相应温 度下的反应速率系数k2。第一组：t1=19.62 C : ：=580 卩 S/cm0.1320.130.128)0.1260.1240.1220.1240455055k( k ko)t曲线(第一组) 拟合结果：斜率为-0.00050910拟合相关度 =0.999898186065(k- k)t/(Ss/m)50556065K( k ko

9、)t曲线(第二组)7075(k- k)t/(Ss/m)所以 k2=0.00050910心00750=0.06788 L/(mol/s)实验室软件计算数据为0.03838 L / (mol / S)。第二组：t2 =21.48 C :-=609 口 S/cm0.1420.140.138)m 0.1360.1340.1320.130.12845拟合结果：斜率为-0.00057182拟合相关度 氏=0.99868593所以 k2=0.00057182心00750=0.0762427 L/(mol /s)实验室软件计算数据为0.03972 L / (mol / s)。第三组：t3=24.69 C：=6

10、53 卩 S/cm0.1480.1460.1440.1420.1360.1340.1320.1345505560K( K- Ko)t曲线(第三组)65(k- k)t/(Ss/m)拟合结果：斜率为-0.00073070 拟合相关度氏=0.99972063所以 k2=0.00073070/0.00750=0.097427 L/(mol/s)实验室软件计算数据为 0.04213 L / (mol / s)。对数据处理得到不同温度下的k2列入下表：不同温度下的反应速率系数 k2温度t / C19.6221.4824.69k2/L/ (mol /s)0.067880.07624270.097427实验室

11、的计算结果0.038380.039720.04213以不同温度下的ln k2对1/T作图，由直线斜率求出活化能Ea不同温度下1/T 与 ln k21/(T/K)0.0034160.0033940.003358in( k2/ L/ (mol / s)-2.69001-2.57383-2.32865使用阿累尼乌斯经验方程式ln k=lnA- Ea对Ink和-进行拟合，得:RTT0 -245-2.25-2.3-2.35-2.4-2.5-2.6-2.652 -2.55-2.7-2.751/Tl n(k2)图52.1kJ/mol。（实验室软件拟合结果：13.34350kJ/mol ）而活化能的理论值为2

12、7.3KJ/mol，正偏差为近一倍，较大。3.3讨论分析实验的误差很大。查阅文献发现，文献值彼此差异也很大：45.10kJ/mol、33.83kJ/mol等。可见本实验精度不高。4结论乙酸乙酯皂化反应活化能为52.1kJ/mol，与理论值偏差较大。5参考文献1 贺德华，麻英，张连庆.基础物理化学实验.北京：高等教育出版社，2008.2 朱文涛.物理化学.北京：清华大学出版社，1995.3 胡跃华，尹力.乙酸乙酯皂化反应速度常数及活化能测定的研究，大学化学，1989年05 期,40-41 页.4 唐美春.乙酸乙酯皂化反应速度常数和活化能的测定，邵阳师专学报，1997年02期,61-63 页.6附

13、录6.1配制乙酸乙酯溶液时，为什么在容量瓶中要先加入部分蒸馏水？答：乙酸乙酯易挥发，而本次实验中所用剂量在配置时仅为0.176ml，先加入部分蒸馏水可以减少直接加入乙酸乙酯带来的挥发，减小本实验的系统误差。6.2为什么乙酸乙酯和NaOH溶液浓度必须足够稀？请推导出公式A1c0中A的表达式，从而说明其为常数的条件。G 2G 2答：对公式5=6中A1的表达式推导如下： = -“mC l C= A1l为常数nn的条件：同一电导仪；1molNAOH溶液电导不发生变化。之所以乙酸乙酯和 NaOH溶液浓度必须足够稀，是因为强电解质的电导与其浓度成正比有明显的导电性，它们的浓度变化不致影响电导的数值。同时反

14、应过程中Na啲浓度始终不变，反应过程中浓度改变的离子只有0H-和CH3C0Q-随着反应的进行， 0H-逐渐减少而CH3CO0逐渐增加，但由于 0H的导电能力比 CH3C00t得多，溶液的电导随将逐渐下降。6.3若配制溶液时用的不是去离子水，电导管和混合器未洗干净， 对实验结果有影响？答：计算公式中的浓度项不变，因为测得的电导率变大，故计算得到的二次反应速率系数偏大，测得的活化能也偏大。6.4预先单独用Na0H溶液来调整电导率仪有何作用？答：预先单独用 Na0H溶液来调整电导率仪可以使后面的测量中电导率仪始终在最佳“工况”附近工作，读数较精确；可以使后面的测量中电导率仪始终不超出测量的量程，保护

15、仪器。6.5混合反应器设计的思想是什么？请提出其他的混合方法。答：混合反应器要求被混合的物质充分地接触，完全混合均匀。核心为消除相界面， 融为一体。并要求混合迅速。本实验中采用连通管加洗耳球的装置，另外还可以在配置溶液时将其混合（较缓慢的反应）或采用连续搅拌池等装置。6.6如何用化学方法来测定此反应速率常数？答：依然假设乙酸乙酯与碱的起始浓度相同，写出此皂化反应的动力学方程式为：-丄二k2tCo式中Co和c分别为始态和末态时0H的浓度，在本实验体系中，可近似按lg0H _=pH 14计算。故通过对t作图可求得反应速率系数0H 1k。（其中0H -可以通过用酸度计测定末态时反应液的 pH获得）。