测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

【08级物理化学实验补充讲义】 实验七 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数 一、实验目的 1．了解电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数和活化能。 2．了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应的速率常数。 3．熟悉电导率仪的使用方法。 二、实验原理 乙酸乙酯皂化反应是双分子反应，是一典型的二级反应，其反应方程式为 CH3COOC2H5＋Na+＋OH-＝ CH3COO-＋Na+＋ C2H5OH 在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变（注：Na+在反应前后浓度不变）。若乙酸乙酯的初始浓度为a，氢氧化纳的初始浓度为b，当时间为t，各生成物的浓度均为x,此时刻的反应速度为 ＝k(a－x)(b－x) ( 2-15-1) 式中，k为反应的速率常数，将上式积分可得 kt＝ ln 为便于数据处理，使两种反应物的起始浓度相同，(a＝b)，则式（2-15-1）可以写成 ＝k(a－x)2 （2-15-2） 将式（2-15-2）积分，得 kt＝ （2-15-3） 不同时刻各物质的浓度可用化学 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 法测出，例如分析反应中的OH-浓度，也可用物理法测量溶液的电导而求得。在本实验中采用电导法来测定。 电导是导体导电能力的量度，金属的导电是依靠自由电子在电场中运动来实现的，而电解质溶液的导电是正、负离子向阴极、阳极迁移的结果。 本实验中乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性，它们的浓度变化不致影响电导的数值。反应中Na+的浓度始终不变，它对溶液的电导具有固定的贡献，而与电导的变化无关。体系中只是OH-和CH3COO-的浓度变化对电导的影响较大，由于OH-的迁移速度约是CH3COO-的5倍，所以溶液的电导随着OH-的消耗而逐渐降低。 若令G0、Gt、G 分别 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示反应起始时、反应时间t时、反应终了时溶液的电导，显然G0是浓度为a的NaOH溶液的电导，G 是浓度为a的CH3COONa溶液的电导，Gt是浓度为(a-x)的NaOH溶液与浓度为x的CH3COONa溶液的电导之和。由此可得下式 Gt＝G0 ＋G （2-15-4） 解之得 x＝a （2-15-5） 将式（2-15-5）代入式（2-15-3）并化简得 ＝kt （2-15-6） 即 Gt＝ ＋G （2-15-7） 从式（2-15-7）可以看出，以Gt对 作图，可得一直线（说明为二级反应），直线的斜率为 ，由此就能求出反应的速率系数k。 反应的活化能可根据Arrhenius公式求算 ＝ （2-15-8） 积分得 ln ＝ （2-15-9） 式中，k（T1）、k（T2）分别对应于温度为T1、T2的反应速率常数，R为摩尔气体常数，Ea为反应的活化能。 三、仪器与药品 1. DDS-11A型电导率仪（附DJS-10C型铂黑电导电极） 1台 2. 叉型电导池 2只 3. 超级恒温水浴 1台 4. 移液管（20mL） 3支 5. 容量瓶（100mL，250mL） 2只 6. 停表 1块 7. 烧杯（50mL） 1个 8. 称量瓶 1个 9. 锥形瓶（250mL） 2个 10. CH3COOC2H5（A.R.） 11. 0.02mol/L NaOH溶液 四、实验步骤： 1．熟悉仪器的使用方法 调节超级恒温水浴温度为（25±0.05）℃。开启电导率仪的电源，预热10min。调节电导率仪（参阅本书仪器及其使用）。 2．配制0.0200mol/L乙酸乙酯溶液 洗净250mL容量瓶，加入约60mLH2O，用吸量管吸取0.49mL乙酸乙酯于容量瓶中，加H2O至刻度，摇匀。 3．25℃时G0的测定 在一只洁净、干燥的叉形电导池中先后加入20.00mL 0.02mol/L NaOH溶液和20.00mL蒸馏水，摇匀。用蒸馏水轻轻淋洗铂黑电极3次，再用滤纸将电极表面的水分吸干，插入叉形电导池并置于恒温水浴中恒温10min。测定其电导，直至稳定不变为止，即为25℃时的G0. 4．25℃时Gt的测定 分别取20.00mL0.02mol/L的CH3COOC2H5和20.00mol/LNaOH溶液，分别注入叉形电导池的两个叉管中（不要混合！），插入洗净的铂黑电极（溶液高出铂黑片约2cm）并置于恒温水浴中恒温10min。然后摇动双叉管，使两种溶液均匀混合并完全导入装有电极一侧的叉管之中，并同时开动停表，作为反应的起始时间（注意停表一经打开切勿按停，直至全部实验结束）。 当反应进行6min时测电导率一次，并在9min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min、50min、60min时各测电导率一次，记录电导率Gt及时间t。 5．35℃时G0和Gt的测定 调节恒温槽水浴为（35±0.05）℃，重复上述步骤测定其G0和Gt，但在测定Gt时是按反应进行到4min、6 min、8 min、10 min、12 min、15 min、18 min、21 min、24 min、27 min、30 min时溶液的电导。 实验完毕，将铂黑电极用蒸馏水淋洗干净并浸泡在蒸馏水里，把双叉管电导池洗净并置于烘箱内干燥。 五、数据记录与处理 1．将测得数据记录于下表。 G0 25℃ 35℃ t/min Gt/10-3/S （S/min） t/min Gt/10-3/S （S/min） 6 4 9 6 12 8 15 10 20 12 25 15 30 18 35 21 40 24 50 27 60 30 2．分别以25℃和35℃时的Gt对 作图，求其直线的斜率并由此计算出25℃和35℃时的k值。 3．分别由25℃和35℃所求的k值，按Arrbenius公式求出反应的活化能Ea。 六、讨论 1．动力学实验，一般情况下要在恒温条件下进行，因为不同温度的反应速率不一样，反应速率常数与温度有关，电导率的数值与温度也有关，所以要准确进行动力学测量，必面在恒温条件下进行。 2．冬季进行本实验，可将配制溶液的容量瓶一同置于恒温槽内恒温，并用温度计测量溶液的温度，以判断双叉管电导池内溶液的温度。 3．乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，混合后体系温度降低，所以在混合后的起始几分钟内所测溶液的电导率偏低，因此最好在反应4～6min后开始，否则，由Gt对 作图得到的是一条抛物线，而不是直线。 4．乙酸乙酯皂化反应曲线随着时间的延长，会出现偏离二级反应的现象。对此，有人认为，“皂化反应是双分子反应”的说法欠妥，该反应是一种“表现二级反应”；随着反应时间的延长，反应的可逆性对总反应的影响逐渐变得明显[摘自李德忠，化学通报，1992（9）53～55]。又有人认为，皂化反应中还存在盐效应，即某些中性盐的存在会降低其速率系数，因此，皂化反应实验的时间以半小时为宜，至多不超过40imn[摘自金家骏，化学通报，1974（3）；1981（11）]。 5．求反应速率的方法主要有物理化学分析法和化学分析法两大类。物理化学分析法有旋光、折光、电导、分光光度等方法，根据不同情况可用不同仪器。化学分析法是在一定时间取出一部分试样，使用骤冷或去催化剂等方法使反应停止，然后进行分析、直接求出浓度。这些方法的优点是实验时间短、速度快，可不中断反应，而且还可采用自动化的装置。但是需一定的仪器设备，并只能得出间接的数据，有时往往会因某些杂质的存在而产生较大的误差。 七、注意事项 1．本实验所用的蒸馏水需事先煮沸，待冷却后使用，以免溶有的CO2与溶液中的NaOH发生反应，降低NaOH溶液的浓度。 2．清洗铂电极时不可用滤纸擦拭电极上的铂黑。 3．如果恒温水浴的温度波动超过±0.05℃范围，会对皂化反应的速率与作图时的线性产生较大影响。 4．停表要连续计时，不能中途停止。 5．CH3COOC2H5溶液需使用时临时配制，因该稀溶液会缓慢水解，影响CH3COOC2H5的浓度，且水解产物CH3COOH又会部分消耗NaOH。在配制溶液时，因CH3COOH易挥发，称量时可预先在称量瓶中放入少量已煮沸过的蒸馏水，且动作要迅速。 6．测25℃、35℃的G0时，溶液均需临时配制。 7．所用NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液的浓度必须相等。 8．NaOH溶液和CH3COOC2H5混合前应预先恒温。 9．电导率仪的“校正”和“常数”两旋钮在调定之后不能再变动。每测完一次电导后，电导率仪的校正/测量档应扳向“校正”档。 八、思考题 1．本实验为什么要在恒温条件下进行？而且NaOH溶液和乙酸乙酯混合前要预先恒温？ 2．为什么本反应为二级反应？从实验上如何说明？ 3．若乙酸乙酯与NaOH的起始浓度不等时，应如何计算值？ 4．当乙酸乙酯与NaOH混合后不马上测量Gt值，而要等到6min后测Gt，为什么？ PAGE 【电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数】 第 1 页 共 5 页 _1257677219.unknown _1257678451.unknown _1257678550.unknown _1257680571.unknown _1257686916.unknown _1257680763.unknown _1257680568.unknown _1257678473.unknown _1257677401.unknown _1257677450.unknown _1257677471.unknown _1257677243.unknown _1257675995.unknown _1257676847.unknown _1257677105.unknown _1257676817.unknown _1257676579.unknown _1257676643.unknown _1257675809.unknown _1257675829.unknown _1257675704.unknown