乙酸乙酯皂化反应动力学研究文库

1、乙酸乙酯皂化反应动力学研究胡文龙 PB07206300中国科学技术大学高分子系摘要：本实验对乙酸乙酯皂化反应动力学进行了研究。通过测定在不同温度下氢氧化钠、乙酸乙酯反应体系不同时刻电导率的变化值，求得乙酸乙酯皂化反应的化学反应速率常数及该反应的活化能。关键词： 乙酸乙酯 氢氧化钠 皂化反应 电导率 速率常数 活化能The study of the Kinetics of the Ethyl Acetate Saponify ReactionWenlong Hu PB07206300Department of polymer .The university of science & Techno

2、logy of ChinaAbstract: The Kinetics of the Ethyl Acetate Saponify Reaction was studied. By mersuring the value of conductance of the reaction system of sodium hydroxide and ethyl acetate in different time and different temperature ,we can figure out the association rate constant and the activation e

3、nergy of the saponify reaction.Key words: Ethyl Acetate Sodium Hydroxide Saponify Reaction Conductance Rate constant The Activation Energy1.前言化学反应动力学是定量描述化学反应随时间变化即化学反应速率的基础理论.它表达了反应速率及其影响参数之间的函数关系。化学反应动力学的发展大致可分为两个阶段，即19世纪后半叶的宏观动力学阶段；20世纪50年代以后的微观反应动力学阶段。在第一阶段提出了质量作用定律和Arrhenius公式，提出了活化能的概念；第二阶段从理论

4、上探讨反应速率，提出了碰撞理论和过渡态理论。化学反应动力学的基本任务是对化学反应速率的测定及各种因素对反应速率的影响和对化学反应历程的研究。在实际生产过程中既要考虑热力学因素也要考虑动力学因素。本实验对乙酸乙酯皂化反应动力学进行了研究。利用电导仪测得在不同时刻反应体系的电导率，求的该温度下的反应速率常数。并根据不同温度下的速率常数利用Arrhenius公式求得反应的活化能。2.实验原理乙酸乙酯皂化反应方程式为：CH3COOC2H5NaOH CH3COONaC2H5OH在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变（注：Na离子在反应前后浓度不变）。若乙酸乙酯的初始浓度为a，氢氧化钠的初始浓度为b，当时

5、间为t时，各生成物的浓度均为x，此时刻的反应速度为： (101式中，k为反应的速率常数，将上式积分可得： (102若初始浓度a=b，9(1式变为，积分得： (103不同时刻各物质的浓度可用化学分析法测出，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。在本实验中我们采用后一种方法，即用电导法来测定。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、负离子向阳极、阴极迁移的结果，电导L是电阻R的倒数。式中A为导体的截面积，l为导体的长度，Lg称电导率。它的物理意义是：当l=1m，A=1m2时的电导。对一种金属，在一定温度下，Lg是一定的。

6、对电解质溶液的Lg不仅与温度有关，而且与溶液中的离子浓度有关。在有多种离子存在的溶液中，Lg是各种离子迁移作用的总和，它与溶液中离子的数目，离子所带电荷以及离子迁移率有关。在本实验中，由于反应是在较稀的水溶液中进行的，我们可以假定CH3COONa全部电离，反应前后溶液中离子数目和离子所带电荷不变，但由于CH3COO的迁移率比OH的迁移率小，随着反应的进行，OH不断减少，CH3COO的浓度不断增加，故体系电导率值会不断下降，在一定范围内，可以认为体系的电导率的减少量和CH3COO的浓度x增加量成正比，在t=t时 (104式中L0为起始时的电导率，Lt为t时的电导率。当t=t时反应终了CH3COO

7、的浓度为a，即： (105式中L即反应终了时的电导率，K为比例常数，将（4）、（5）代入（3）式得：或写成： (106或 (107从直线方程（6）可知，只要测定了L0、L以及一组Lt值后，利用对t作图，应得一直线，直线的斜率就是反应速度和初始浓度a的乘积。k的单位为dm3mol-1min-1。反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算： (108积分得： (109式中k1、k2分别对应于温度T1、T2的反应速率常数，R为气体常数，Ea为反应的活化能。3.实验部分（一） 仪器与试剂试剂： CH3COOC2H5试剂（分析纯） NaOH（分析纯）酚酞指示剂溶液仪器： DDS型电导率仪 1台 电导池 1只恒

8、温槽 1套 100mL恒温夹套反应器 1个0. 5mL移液管 1支 100mL移液管 1支50mL的烧杯 1个 50mL滴定管 1支250mL锥形瓶 3个 秒表 1块吸耳球 1只 （二） 实验过程1、打开恒温槽使其恒温在250.2。2、 NaOH溶液的配制：（室温下）用一个小烧杯配制少量的浓NaOH溶液，在1000ml的广口瓶装入约900ml的蒸溜水，将所选用实验仪器的测量电极插入水中，在电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓NaOH溶液到L=13001400S/cm。3、NaOH溶液的滴定：（室温下）将配制好的NaOH溶液用人工手动滴定管和酚酞指示剂在室温下进行浓度测定，重复三次以上，取平均值。4、L

9、（或PH）的测定：（25.00）取100ml配制且滴定好的NaOH溶液置于恒温夹套反应器中，插入洗净且吸干水的测量电极，恒温10分钟，等电导仪上的读数稳定后，每隔1分钟读取一次数据，测定三个平行的数据。5、L（或PH）的测定：（冬天25.00或夏天30.00）完成L（或PH）的测定后，使用小容量的移液管移取所需用量的乙酸乙酯，穿过大口玻璃套，将乙酸乙酯全部放入溶液中，不要遗留在玻璃套的内壁上，以免浓度不准。放到一半时打开秒表计时，读数平稳变化后，尽快测量第一组数据，以后每隔1分钟读一次数，15分钟后每隔2分钟读一次数，进行到35分钟后结束。6、按步骤4和5在第二个温度（30.00）下进行测量。

10、4.实验结果a计算T=25时的速率常数根据T=25时的电导率数据作图（见附件图）得速率常数 k =5.43 mol-1 .L .min-1又由经验公式： 得：T=298.15K时 ，k=6.58 mol-1 .L .min-1 相对误差=17.4%误差比较大，误差来源见后面分析讨论部分。b）计算T=30时的速率常数根据T=30时的电导率数据作图（见附件图）得速率常数 k =7.18 mol-1 .L .min-1又由经验公式： 得：T=303.15K时 ，k=8.99 mol-1 .L .min-1 相对误差=20.1%误差比较大，误差来源见后面分析讨论部分。C反应活化能的计算由经验公式算得的

11、数据代入Arrhenius 公式：得理论上计算得的活化能Ea=46.90KJ/mol由实验数据计算得：Ea =41.98 KJ/mol， 相对误差=10.5%误差比较大，误差来源见后面分析讨论部分。5.分析讨论1本实验的实验误差比较大，误差来源有：1）试验过程中所加的乙酸乙酯与氢氧化钠浓度不一致，这是实验误差的主要来源。因为浓度不一致，则实验假设前提a=b不成立，反应速度方程与题设不一致，所得的数据肯定有很大偏差。造成乙酸乙酯浓度偏差的原因有： 实验所提供的仪器-移液管只有0.5ml的，最小刻度为0.01ml，而实验要求的乙酸乙酯体积为0.062ml，由于不能精确量取而造成误差。 实验过程中由

12、于天气原因，室温比较高，乙酸乙酯的密度可能发生了变化，造成乙酸乙酯浓度不等于氢氧化钠浓度。 滴加乙酸乙酯过程中由于滴管位置掌握不好，有几滴滴在壁上，没有进入反应体系。 乙酸乙酯具有一定挥发性，实验时由于塞子没有及时塞上也会造成乙酸乙酯浓度的改变。2）实验过程中由于氢氧化钠吸收空气中的二氧化碳而浓度降低，使得与乙酸乙酯浓度不一致。3）实验过程中由于搅拌子搅拌不充分（特别是在初始阶段），使得反应器中的氢氧化钠和乙酸乙酯浓度不同。4）乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，混合后体系温度降低，恒温槽会慢慢升温，电导仪会有轻度不稳定。5）实验对于L0 的测定比较粗糙，直接影响L0 的准确性。2.本实验过程中由于氢

13、氧化钠在整个实验过程中都有用，应该用塞子塞上，最好能装配碱石灰吸收装置，以免氢氧化钠浓度变化。3.实验过程中的移液管量程应该更加小，这样才能精确量取。4.实验对L0 的测定太过简单，应该加以改进。参考文献1. 南京大学物理化学研究室.傅献彩 沈文霞 姚天扬 物理化学 第四版.2.崔献英，何燕雄，袁绍纯.物理化学实验 中国科学技术大学出版社 2002附件：乙酸乙酯造化反应动力学研究一 原始数据记录1.NaOH溶液的滴定数据滴定试验编号123邻苯二甲酸氢钾质量 kg0.02410.02110.0239NaOH 溶液用量 ml18.8016.0018.70NaOH 溶液浓度 ml/L0.006277

14、0.0024570.006258氢氧化钠溶液浓度均值 ml/L0.006331计算得乙酸乙酯加入量为0.06198ml2.L0 和 Lt 的测定.L0 =1330 s/cm 实验温度：25892 tdp 时间（min）电导率s/cm时间（min）电导率s/cm时间（min）电导率s/cm01330911102194611305101091239282127411107425p90931247121058274122013104229877511951410283186261171151016338497115017992358368112919969L0 =1423 s/cm 实验温度：30时

15、间（min）电导率s/cm时间（min）电导率s/cm时间（min）电导率s/cm01423911402195611389101120239342135311109925917313141210802790141277131064298845124614104831870612181510343385571191171006358428116619980二 数据处理根据公式： ， 由于L 未知，故不能用此法求算。将公式变形得： 故利用数据将 对 Lt 做图来求算速率常数k.aT=25时130525.00102821.57127428.00101620.93124727.6799219.8812

16、2027.5096919.00119527.0094618.28117126.5092817.48115025.7190916.84112925.1289216.22111024.4487715.62109123.9086215.10107423.2784914.57105822.6783614.11104222.15与Lt 关系图Y = A + B * XParameter Value ErrorA -14.21822 0.89974B 0.03438 8.61696E-4R SD N P0.99316 0.54816 24 0.0001(点1305,25.00明显偏离直线故舍去线性拟合得：

17、a K = 0.03438 min-1 又根据氢氧化钠浓度a=0.006331 mol/L代入数据得： k= =5.4310-3 mol-1 .m3 .min-135.001.1 23.32 编写目的 956138934.0026.7913531034引言 236.33100624.53127736.50980124622.24121834.1793421.26119133.1491720.241166背景 290119.33114031.4488418.591120定义 217.84109929.4585517.21108028.5884216.60106427.62b T=30时外部设计 与Lt 关系图LtY = A + B * XParameter Value ErrorA 标识符和状态 2B 0.04549 9.48889