物理化学实验报告 乙酸乙酯皂化反应动力学

1、乙酸乙酯皂化反应动力学一、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、实验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+NaOHCH3COONa+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=k(a-x)(b-x) k 为反应速率常数，当 a=b 时，上式为：dxdt=k(a-x)2反应开始时 t0 ，反应物

2、的浓度为 a ，积分上式得： k1taxa-x在一定温度下，由实验测得不同 t 时的 x 值，由上式可计算出 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 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) 本实验通过测量溶液的电导率 代替测量生成物浓度 x（或反应物浓度）。乙酸乙酯、乙醇是非电解质。在稀溶液中，非电解质电导率与浓度成正比，溶液的电导

3、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-的尝试升高，溶液导电能力明显下降。一定温度下，在稀溶液中反应，0,t,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，于是：t=0 ，0=A1a ;t=t ，t=A1a-x+A2x ;t= ，=A2a ;由此得0-t=(A1-A2)x即x=(0-t)/(A1-A2)t-=(A1-A2)(a-x)即(a-x)=(t-

4、)/(A1-A2)而 k1tax(a-x)即0-tt-kat 上式变形为： t0-tkat+以t对0-tt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、电导率仪、电导电极、叉形电导池、秒表、碱式滴定管、10ml、25m移液管、100mL，50ml容量瓶、乙酸乙酯（A.R.）、氢氧化钠溶液（0.04mol·dm-3）四、 实验步骤1.准备溶液：1） 打开恒温槽，设置温度为25。将叉形电导池洗净、烘干。同时清洗两个100ml、一个50ml的容量瓶；2） 在100ml容量瓶中加入小许水，然后使用分析天平称量加入乙酸乙酯0,1771g，定容待用。3） 经过计算，定容后

5、的乙酸乙酯的浓度为0.02010mol·L-1，配置同浓度的NaOH所需0.04000 mol·L-1的NaOH体积为50.25ml，用碱式滴定管量取48.69ml溶液于100ml容量瓶中，定容待用。4） 用25ml移液管移取25ml NaOH溶液于50ml容量瓶中，定容待用。2.k0测量：1）取一部分稀释的NaOH于洁净干燥的叉形管直管中，将用稀释的NaOH润洗后的电导电极放入叉形管直管中，在恒温槽中恒温10min，读取此时电导率。保留叉形管中溶液，用于35测量k0。3.kt的测量：1）用移液管取乙酸乙酯和同浓度的NaOH各10ml分别加入到叉形管的直管和侧管中，将电导电

6、极插入直管中，恒温10min。2） 将两种溶液混合，同时开启秒表计时，3min后读取溶液的电导率，以后每3min中读取一次，测量持续30min。4.测量35的电导率：1）将恒温槽温度设置为35。2）将保存的稀释的NaOH放在恒温槽中恒温10min测量k0。3）重复上述测量kt的方法测量35下的kt。4)清洗玻璃仪器，电导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：称取乙酸乙酯的质量是m=0.1771g，乙酸乙酯的浓度为a=mM乙酸乙酯V=0.1771/88.110.1mol·L-1=0.02010mol·L-1配制同配置同浓度的Na

7、OH所需0.04000 mol·L-1的NaOH体积为：VNaOH=mM乙酸乙酯cNaOH=0.1771g88.11g·mol-10.0400mol·l-1=0.05025 l=50.25ml实验记录电导率数值如下：温度2535K0/µs17781695参数时间/s 电导率/µs(k0-kt)t电导率/µs(k0-kt)t3162252.00141892.336 145953.17 125773.009136446.00114960.6712128540.08107351.8315 122337.00101745.2018116733

8、.9497639.9421112131.2994035.9524108428.9291232.6327104927.0088829.8930101925.3086927.53分别做25、35下以t对t作图得到如下图像：从图像上可以看出来t与t呈现反相关，符合t=k0akt+1的基本趋势，故接下来做25、35下以t对0-tt的图像，并进行直线拟合，图像如下：25 t - 0-tt图像35下t - 0-tt图像可见t、0-tt呈现线性关系。并且：1k1a=18.631，1k2a=8.490 。故可以求得1=2.6703L·mol-1·min-1，2=5.8599L·m

9、ol-1·min-1由Arrhenius方程的定积分式得: Ea=Rlnk1k2(1T2-1T1） =8.314×ln2.67035.8599(135+273.15-125+273.15)×11000kJ/mol=60.04kJ/mol六、数据误差分析常温下乙酸乙酯皂化反应的活化能 Ea=47.3kJ/mol.与实际测算得 Ea相差较大。经分析可能由以下几个因素造成：1） 反应液在恒温时没有用橡胶塞子盖好，虽然溶液很稀，但是还是有部分乙酸乙酯挥发。2） 在恒温的过程中，由于恒温箱在搅拌，可能有水溅入到叉形电导池中。3）混合过程慢，混合不均匀影响反应速率导致误差；4

10、）NaOH溶液浓度并不是精确等于0.04000 mol·L-1，配制溶液的浓度并不是完全相等而导致反应速率常数计算公式变化，但仍按原公式计算而产生误差。5）由于前几分钟溶液刚刚混合，溶液并未混合均匀，所测电导率存在偏差。七、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。3） 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