复习版电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数含思考题答案

1、 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数 指导老师：李国良 【实验目的】 学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法; 了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数； 熟悉电导仪的使用。 【实验原理】 (1 )速率常数的测定 乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为： CH3COOC2H5 + NaOH =CH 3OONa + C2H5OH t=0 C0 C0 0 0 t=t Ct Ct C0 - Ct C0 -Ct t= x 0 0 C0 C0 速率方程式kc2，积分并整理得速率常数 k的表达式为： dt 假定此反应在稀溶液中进行，且CHsCOONa

2、全部电离。则参加导电离子有Na*、OH、CH3COO一，而Na +反应前后不变， 0H的迁移率远远大于 CH 3COO，随着反应的进行， OH 不断减小，CH3COO不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率(k) 的下降和产物CH3COO 的浓度成正比。 t和 分别为0、t和x时刻的电导率，则: t=t 时，Co -Ct=K (0 - t ) K为比例常数 t 时，Co= K (0-) 联立以上式子，整理得： 可见，即已知起始浓度Co,在恒温条件下，测得 o和t，并以 0作图，可得一直线，则直 t 线斜率m，从而求得此温度下的反应速率常数k。 kc0 (2)活化能的测定原理： 因此只要

3、测岀两个不同温度对应的速率常数，就可以算岀反应的表观活化能。 【仪器与试剂】 电导率仪1台铂黑电极1支 大试管 5支 恒温槽 1台移液管 3支 氢氧化钠溶液(1.985 X 10-2mol/L )乙酸乙酯溶液(1.985 X 10-2mol/L ) 【实验步骤】 调节恒温槽的温度在26.00 C; 在1-3号大试管中，依次倒入约20mL蒸馏水、35mL 1.985 X 10-2mol/L的氢氧化钠溶液和 25mL1.985 X 10-2mol/L乙酸乙酯溶液，塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温。 安装调节好电导率仪； 0的测定： 从1号和2号试管中，分别准确移取 10mL蒸馏水和10mL氢氧化钠溶

4、液注入 4号试管中摇匀，至于恒温 槽中恒温，插入电导池，测定其电导率 t的测定: 从2号试管中准确移取 10mL氢氧化钠溶液注入 5号试管中至于恒温槽中恒温，再从3号试管中准确移取 10mL乙酸乙酯溶液也注入 5号试管中，当注入 5mL时启动秒表，用此时刻作为反应的起始时间，加完全部酯 后，迅速充分摇匀，并插入电导池，从计时起2min时开始读 t值，以后每隔2min读一次，至30min时可停 止测量。 反应活化能的测定： 在35 C恒温条件下，用上述步骤测定t值。 VaoH=10.00mL NaOH=1.9850 -2 x 10 mol/L 【数据处理】 求26 C的反应速率常数 ki，将实验

5、数据及计算结果填入下表： 恒温温度=28.00 C -1 0 =2.29ms cm V乙酸乙酯=10.00mL -2 乙酸乙酯=1.9850 x 10- mol/L -2 cc=0.5 x 1.9850 x 10 mol/L 实验数据记录及处理表1 : t/min -1 t/ms cm / -1 (0- t ) / ms cm 0t-1. -1 / ms cm min t 2 1.847 0.443 0.222 4 1.748 0.542 0.136 6 1.643 0.647 0.108 8 1.562 0.728 0.091 10 1.497 0.793 0.079 12 1.442 0.

6、848 0.071 14 1.392 0.898 0.064 16 1.348 0.942 0.059 18 1.309 0.981 0.055 20 1.273 1.017 0.051 22 1.241 1.049 0.048 24 1.213 1.077 0.045 26 1.187 1.103 0.042 28 1.164 1.126 0.040 30 1.142 1.148 0.038 0 t - t 1 数据处理： t对一0-作图，求岀斜率m,并由m求岀速率常数 tkco m=4.15 , ki=1/(mc 0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10 -2)mol L-1 mi

7、n=24.3L/(mol min) 文献参考值：k (298.2K ) = (6 士 1) L/(mol min) 采用同样的方法求35 C的反应速率常数 k2,计算反应的表观活化能Ea： a、35 C的反应速率常数 k2 恒温温度=35.00 C -1 0 =2.63ms cm V乙酸乙酯=10.00mL 乙酸乙酯=1.9850 X 10-2mol/L VaOH=10.00mLNaOH=1.9850X 10-2 mol/L _2 C0=0.5 X 1.9850 X 10 mol/L 实验数据记录及处理表2: t/min -1 t/ms cm / -1 (0- t) / ms cm 0t-1-

8、 -1 / ms cm min t 2 1.79 0.84 0.420 4 1.65 0.98 0.245 6 1.51 1.12 0.187 8 1.41 1.22 0.153 10 1.33 1.3 0.130 12 1.27 1.36 0.113 14 1.22 1.41 0.101 16 1.17 1.46 0.091 18 1.14 1.49 0.083 20 1.11 1.52 0.076 22 1.08 1.55 0.070 24 1.06 1.57 0.065 26 1.04 1.59 0.061 28 1.02 1.61 0.058 30 1.01 1.62 0.054 图2

9、： 0t t- t m=2.34 , k1=1/(mc 0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10 -2)mol L-1 min=43.1L/(mol min) 文献参考值：k ( 308.2K ) = (10 士 2) L/(mol min) b.计算反应的表观活化能： t kk2=m2/m1 ln(k2/k1)=Ea/R (1/T1-1/T2)ln(m 1/m2)=Ea/R (1/T1-1/T2) Ea=Rln(m 伽2) T订2/(T2-) =8.314 X ln (4.15 - 2.34)X 308 X 299- (308 - 299)J/mol =48.7kJ/mol 文献值：

10、Ea=46.1kJ/mol 相对误差：(48.7-46.1 )- 46.1 X 100%=5.64% 【结果分析与讨论】 根据本实验中测定的数据作t-图，图形为抛物线并非直线：乙酸乙酯皂化反应为吸热反 t 应，混合后体系温度降低，所以在混合后的几分钟所测溶液的电导率偏低。如果从6min开始测定，即去掉前 两个数据，重新作图，则t- 0 t七图线性提高了。以 26.0C数据为例作图对比: 去点前： 去点后： 作t-一-图得斜率m,根据m求岀k值约为文献值的 4倍： 26.0 C： m=4.15，ki=1/(mc 0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10 - )mol L- min=24.

11、3L/(mol min) 文献参考值：k (298.2K ) = (6 士 1) L/(mol min) 35.0 C： m=2.34，k1=1/(mc 0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10 -2)mol L-1 min=43.1L/(mol min) 文献参考值：k ( 308.2K ) = ( 10 士 2) L/(mol min) 分析原因：实验过程中加入乙酸乙酯后没有充分混合就开始测定，由于电导率仪处于主要是乙酸乙酯的 环境氛围内，所以测定的Kt偏小，而 -值偏大，则作图所得斜率偏小。由于实验过程中，加入乙酸乙 t 酯的操作及插放电导率仪的操作都由我完成的，所以在不同温度下

12、所测定的数据都岀现的相同程度的负偏 差。 【提问与思考】 为何本实验要在恒温条件进行，而CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温？ 答：因为反应速率 k受温度的影响大，(kT+10) /kT=24，若反应过程中温度变化比较大，则测定的结果 产生的误差较大；反应物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反应的时候是相同温度的，防止两者温差 带来温度的变化影响测定结果。 为什么CH3COOC2H5和NaOH起始浓度必须相同，如果不同，试问怎样计算k值？如何从实验结果来 验证乙酸乙酯反应为二级反应？ 答：因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，为了简化计算，采用反应物起始浓度相同。如果不同，则

13、k=1/t(a-b) lnb(a-x)/a(b-x)。选择不同浓度的 CH3COOC2H5和NaOH溶液，测定不同浓度的反应物在相同反应 条件下的反应速率。 有人提岀采用 pH法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，此法可行吗？为什么？ 答：可以。 CH3COOC2H5 + OH =CH3COO+ C2H5OH，反应速率方程为：v=dx/dt=k(a-x)(b-x)，当起始 浓度相同(a=b)，对该式积分简化得：k=x/ta(a-x)。设t时刻溶液的pH值为( t)，则此时溶液 OH-的浓度 为 Ct( oh- ) =10( pH-14)，即 a-x=10 (pH-14)，ka=a-10 (pH-14

14、 /t 10( pH-14 ，用 a-10( pH-14 对t 10(pH-14作图，可得 一条直线，该直线的斜率 m=ka，即k=m/a。 为什么要将电导率仪的温度旋钮选为25? 答：测量值就是待测液在实际温度下未经补偿的原始电导率值。 2反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念，反应级数只能通过实验来确定。试问如 何从实验结果来验证乙酸乙酯为二级反应？ 答：保证实验条件完全相同的情况下，采用不同浓度的CH3COOC2和5NaOH进行实验，比较 实验的反应速率常数来证明乙酸乙酯皂化反应为二级反应。 3 乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好 的结果？ 答

15、：实验采用稀溶液在超级恒温水浴中进行，并反应前水浴槽恒温 10 分钟才进行实验， NaOH和CH3COOC2H5液在混合前还要预先恒温10分钟，以保证整个实验过程都在相对稳 定的温度下进行。 4 如果乙酸乙酯和 NaOH 溶液均为浓溶液，试问能否用此方法求得 k 值? 为什么？ 答：不能。因为反应过程中浓溶液稀释会放出大量的热，对实验温度有影响。而且只有强 电解质的稀溶液的电导率与其浓度成正比。 6. 为什么要使两溶液尽快混合完毕？开始一段时间的测定时隔期为什么要短？ 答： (1)实验过程中，要记录不同反应时间时体系的电导率，因此两溶液要尽快混合，且在混合时开始按下秒 表计时。 (2)反应在开始一段时间内，体系的电导率下降较快，因此这段时间测定的时间间隔期要短。 7. 为什么由O.OIOOmol dm-3的NaOH溶液和O.OIOOmol dm-3的CHsCOONa溶液测得的电导率可以认为是 k、k? 答: k 是反应：CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH 体系 t=O 时的电导率，但是