乙酸乙酯皂化反应动力学.docx

C19乙酸乙酯皂化反应动力学
姓名：马玉仁 班级：10011202 学号：1120122488
一、 实验目的
1) 了解二级反应的特点。
2) 用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数。
3) 由不同温度下的速率常数求反应的活化能。
二、 原理
乙酸乙酯在碱性水溶液中的消解反应即皂化反应，其反应式为：
CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
反应式是二级反应，反应速率与CH3COOC2H5及NaOH 的浓度成正比。用 a,b 分别表示乙酸乙酯和氢氧化钠的初始浓度， x 表示在时间间隔 t 内反应了的乙酸乙酯或氢氧化钠的浓度。反应速率为： dxdt=ka-xb-x (C19.1)
k 为反应速率常数，当 a=b 时，上式为：
dxdt=k(a-x)2 (C19.2)
反应开始时 t＝0 ，反应物的浓度为 a ，积分上式得：
k＝1ta xa-x (C19.3)
在一定温度下，由实验测得不同 t 时的 x 值，由式(C19.3)可计算出 k 值。
改变实验温度，求得不同温度下的 k 值，根据Arrhenius方程的不定积分式有：
lnk=-EaRT+c (C19.4)
以 lnk 对 1T 作图，得一条直线，从直线斜率可求得 Ea 。
若求得热力学温度 T1 , T2 时的反应速率常数 k1 , k2 ,也可由Arrhenius方程的定积分式变化为下式求得 Ea 值：
Ea=Rlnk1k2(1T2-1T1) (C19.5)
本实验通过测量溶液的电导率 κ 代替测量生成物浓度 x。乙酸乙酯、乙醇是非电解质。在稀溶液中，强电解质电导率与浓度成正比，溶液的电导率是各离子电导之和。反应前后 Na+ 离子浓度不变，整个反应过程电导率的变化取决于 OH- 与 CH3COO- 浓度的变化，溶液中 OH- 的导电能力约为 CH3COO- 的五倍，随着反应的进行， OH- 浓度降低， CH3COO- 浓度升高，溶液导电能力明显下降。
一定温度下，在稀溶液中反应，κ0,κt,κ∞ 为溶液在 t=0,t=t,t=∞ 时的电导率，A1，A2 分别是与NaOH、CH3COONa 电导率有关的比例常数（与温度、溶剂等有关），于是：
t=0 ，κ0=A1a ;
t=t ，κt=A1a-x+A2x ;
t=∞ ，κ∞=A2a ;
由此得 κ0-κt=(A1-A2)x x=(κ0-κt)/(A1-A2)
κt-κ∞=A1-A2)(a-x) (a-x)=(κt-κ∞)/(A1-A2)
则式（C19.3）可写成 k＝1taκ0-κtκt-κ∞， 即
κ0-κtκt-κ∞＝kat （C19.6）
以κ0-κtκt-κ∞对 t 作图，由斜率 ka 可求得 k 。初始浓度 a 为实验中配制溶液时确定，通过实验可测κ0,κt,κ∞。
可以通过公示的形式变换避免测定 κ∞，改写式（C19.6）为：
κt＝κ0-κtkat+κ∞ （C19.7）
以 κt 对 （κ0-κt）t 作图为一直线，斜率为 1ka ，由此可求出 k 。
三、 仪器和试剂

恒温槽
电导电极
秒表
移液管10、25 ml
磨口塞锥形瓶 100 ml
乙酸乙酯（A.R.）
电导率仪
叉形电导池
滴定管（碱式）
容量瓶100mL，50ml
氢氧化钠溶液（约0.04mol·dm-3）

四、 实验步骤
1) 将叉形电导池洗净烘干，调节恒温槽至25℃。
2) 配制100ml浓度约为0.02 mol·L-1乙酸乙酯水溶液：乙酸乙酯的相对分子质量为88.12，配制100 ml浓度0.02 mol·L-1 的乙酸乙酯水溶液需要乙酸乙酯0.1762 g。在洁净的100 ml容量瓶中加入少量去离子水，使用0.001g精度的天平，通过称量加入乙酸乙酯0.1762g左右。加入去离子水至刻度，根据加入乙酸乙酯的质量，计算乙酸乙酯溶液的精确浓度。注意再滴加乙酸乙酯之前，应在容量瓶中加入少量去离子水，以免乙酸乙酯滴加在空瓶中容易挥发，称量不准。在滴加乙酸乙酯时尽量使用细小的滴管，使加入的乙酸乙酯的质量尽量接近0.1762g，但以小于0.1762g为宜。滴加乙酸乙酯时不要滴在瓶壁上，要完全滴加到溶液中。
3) 配制100ml与上面所配乙酸乙酯溶液浓度相同的NaOH水溶液：根据实验室所提供的NaOH精确称量，加入到洁净的100ml容量瓶中，用去离子水溶解并稀释至刻度。
4) κ0的测量：用移液管取与乙酸乙酯浓度相同的NaOH溶液25 ml，加入到洁净的50 ml容量瓶中，用去离子水稀释至刻度，用于测量κ0。取此溶液一部分放入到洁净干燥的叉形电导池直支管中，用部分溶液淋洗电导电极，将电导电极放入到叉形电导池直支管中，溶液应能将铂电极完全淹没。将叉形电导池放入到恒温槽中恒温。10min以后，读取记录电导率值。保留此叉形电导池中的溶液（加塞），用于后面35℃时测量κ0。
5) κt的测量：用移液管取所配制的乙酸乙酯10 ml，加入到洁净干燥的叉形电导池直支管中，取相同浓度的NaOH溶液10 ml，加入到同一叉形电导池侧支管中，注意此时两种溶液不要互相污染。将洁净的电导电极放入到叉形电导池直支管中，将叉形电导池放入到恒温槽中恒温。10 min以后，在恒温槽中将两支管中的溶液混合均匀，溶液应能将铂电极完全淹没，混合溶液的同时启动秒表计时，注意秒表一经启动，中间不要暂停。在第3 min时读取溶液电导率值，以后每3 min读取一次电导率值，测量持续30min。
6) 调节恒温槽至35℃。
7) 测量35℃时κ0：在放入电导电极到叉形电导池时，注意电导电极的洁净，可以用待测溶液淋洗电导电极。
8) 参照步骤（5）测量35℃时κt。
9) 测量完毕，洗净玻璃仪器，将电极用去离子水清洗，浸入去离子水中保存。
五、 实验数据记录与处理
实验中记录实验数据如下：
乙酸乙酯的质量：m=0.1762g，
乙酸乙酯的浓度：a=mM乙酸乙酯V=0.1762/88.120.1mol·L-1=0.02000mol·L-1
配制同配置同浓度的NaOH溶液所需NaOH质量：0.00800g
实验记录电导率数值如下：
　温度
25℃
35℃
　κ0/µs
　1697
　1544

t/min
κt/µs
(κ0-κt)t
κt/µs
(κ0-κt)t
0
1722

1633

3
1595
34.0
1367
59.0
6
1504
32.2
1229
52.5
9
1420
30.8
1129
46.1
12
1343
29.5
1054
40.8
15
1277
28.0
996
36.5
18
1223
26.3
946
33.2
21
1178
24.7
901
30.6
24
1135
23.4
872
28.0
27
1103
22.0
851
25.7
30
1071
20.9
827
23.9
分别做25℃、35℃下以 κt 对t作图得到如下图像：

做25℃、35℃下以κt对（κ0-κt）t 作图，并进行直线拟合，图像如下：
25℃ κt - κ0-κtt图像

35℃下κt - κ0-κtt图像

由图可得1k1a=22.001， 1k2a=15.023 。
故可以求得κ1=2.2726L·mol-1·min-1，κ2=3.3282L·mol-1·min-1
由Arrhenius方程的定积分式得:
Ea=Rlnk1k2(1T2-1T1）
=8.314×ln2.27263.3282(135+273.15-125+273.15)×11000kJ/mol=57.3kJ/mol
六、 思考题
1）在本实验中，使用DDSJ-308型电导率议测量溶液的电导率，可以不进行电极常数的校正，为什么
答：因为本实验中，计算 k 值和 Ea 值时所需的数据都是等时间间距下测量的电导率值的拟合直线斜率，它只与等时间间距下电导率的差值有关。不进行常数校正，在等时间间距下测量到的电导率数据都有着相同的系统误差，而不会改变不同时间下电导率数据的差值。所以本实验无需进行电极常数的校正。
2）为什么溶液浓度要足够小？
答：（1）溶液浓度越高，反应越快，则数据的测量不易把握，会影响测量数据的精确度；（2）乙酸乙酯是易挥发物质，浓度高会加快挥发，使实验测量的数据不准确。（3）浓度大时反应可能变得复杂，不能这样简单讨论。
3）利用反应物、产物的某物理性质间接测量浓度进行动力学研究，应满足什么条件？
答：该物理性质需要满足以下条件：
（1）易于测量，并能用数值表示；
（2）该性质在一定环境条件下是稳定的；
（3）该物理性质和反应物、产物的浓度之间有一个明确的推导公式。