实验9乙酸乙酯皂化反应速率系数测定

1、实验 9乙酸乙酯皂化反应速率系数测定姓名：卢巍学号： 2005011871班级：化 53同组人姓名 : 须丹丹实验日期： 2007 年 11月 13 日提交报告日期： 2007 年 11月 27 日指导教师 : 曾光洪实验9乙酸乙酯皂化反应速率系数测定姓名：卢巍 学号：2005011871班级：化53同组人姓名：须丹丹实验日期：2007年11月13日提交报告日期：2007年11月27日指导教师：曾光洪1引言实验目的1. 学习测定化学反应动力学参数的一种物理化学分析方法一一电导法。2. 了解二级反应的特点，学习反应动力学参数的求解方法，加深理解反应动力学特征。3. 进一步认识电导测定的应用，熟练

2、掌握电导率仪的使用方法。实验原理反应速率与反应物浓度的二次方成正比的反应为二级反应，其速率方程式可以表示为de2- =k 2cdt将（1）积分可得动力学方程:c dc tC0-=-0k2dt(1)(2)1 1-=k 2t C C0(3)式中：c0为反应物的初始浓度；c为t时刻反应物的浓度；k2为二级反应的反应速率常数。将1/c对t作图应得到一条直线，直线的斜率即为k2。对于大多数反应，反应速率与温度的关系可以用阿累尼乌斯经验方程式来表示：EaIn k=lnA- -（ 4）RT式中：Ea为阿累尼乌斯活化能或反应活化能；A为指前因子；k为速率常数。实验中若测得两个不同温度下的速率常数，就很容易得到

3、.kT2Ea T2-T1 ln = 一 kT1R I T1T2 丿(5)由（5）就可以求出活化能 Ea。乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，CH3COOC2H5 +NaOH CH 3COONa+C 2H5OHt=0 时，CoCot=t 时,Co-XCo - XX Cot=呦，00x； c0设在时间t内生成物的浓度为 X,则反应的动力学方程为dX=k2（Co-x）2dtk2 =t Co(Co-X)本实验使用电导法测量皂化反应进程中电导率随时间的变化。设0、. t和一：分别代表时间为0、t和a （反应完毕）时溶液的电导率，则在稀溶液中有：- o =A 1C0t=A1 （c0-x）+A 2x式中A

4、i和A2是与温度、溶剂和电解质的性质有关的比例常数，由上面的三式可得%-叫 X=-Co（8）将（8）式代入（7）式得：1 I心-瓷t k2=- -（9）tl_Co -t- ：:整理上式得到t=-k2Co（t-：）t+ o（1o）以t对C t- :：）t作图可得一直线，直线的斜率为-k2Co,由此可以得到反应速率系数溶液中的电导（对应于某一电导池）与电导率成正比，因此以电导代替电导率，（1o）式也成立。本实验既可采用电导率仪，也可采用电导仪。2实验操作2.1实验药品、仪器型号及测试装置示意图：计算机及接口一套（或其他电导数据记录设备）；DDS-11A型电导率仪一台；恒温槽一套；混合反应器 3个；

5、电导管2个；2oml移液管2支；10ml移液管2支；o.2ml移液管1 支；100ml容量瓶1个；洗耳球一个。30.02mol dm- NaOH标准溶液（此浓度仅为大概值，具体值需实验前准确滴定）；O.OImol dm NaAc溶液（此浓度值为 NaOH标准溶液的一半）；乙酸乙酯（AR）;新鲜去 离子水或蒸馏水。混合反应器示意图2.2实验条件（实验温度、湿度、压力等）室温 T=14.3 C2.3实验操作步骤及方法要点1 乙酸乙酯溶液的配制。配制100 ml乙酸乙酯溶液，使其浓度与氢氧化钠标准溶液浓度相 同。乙酸乙酯的密度以下式计算：332p / （ kg m ） =924.54-1.168（

6、C ）-1.95 X 10- X （t/ C ）配制方法如下：在100ml容量瓶中装2/3体积的水，用0.2ml刻度移液管移取适量的乙 酸乙酯于容量瓶中，用水稀至刻度，混匀待用。2 检查仪器药品。3 接通电源。4 设定恒温槽温度为 20C，用稀释一倍的氢氧化钠溶液将电导率仪指针调到0.8左右，打开计算机，进入乙酸乙酯-数据采集界面。5 将混合反应器置于恒温槽中，用20ml移液管移取氢氧化钠标准溶液于1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，将电导电极插入 2池,，恒温约10分钟，点击开始，用洗 耳球使1、2池中溶液混合均匀，约20分钟后，点击完成，命名存盘。6 取适量醋酸钠溶液于电导管中，

7、插入电导电极，恒温后点击NaAc相对电导,记录醋酸钠溶液的电导率K-（应多次测量，直到显示数据没有太大变化）7 升高温度35C，重复步骤56测定反应电导率的变化，直到35C左右。8 退出数据采集界面，进入物理化学实验界面中的反应速率界面。输入乙酸乙酯溶液浓度，点击数据处理，打开已测定完毕的曲线，移动光标，根据数据信息的变化确定零点、终 止点。存盘。（如果以原名存盘，就会覆盖原来的数据，建议改名存盘，便于以后修改 数据。）输入序号、温度、醋酸钠相对电导，点击读入对应数据文件，找耐确定该温 度下的文件名称，点击确定了入完毕后，点击确定和数据I计算结果就会在下表显示出来。3结果与讨论1、乙酸乙酯用量

8、:利用室温为14.3 C以及乙酸乙酯密度计算公式：V(kg m) =924.54 -1.168 (t/C)_l.95 10一3 (t/C)2 = 907.43 kg/m3则配制0.02mol/L NaOH标准液相同浓度的乙酸乙酯需要体积为：C(NaOH) 0.1L MV0.172mlP其中乙酸乙酯式量为 乙酸乙酯。M=0.088105kg/mol。所以移取0.172mL分析纯乙酸乙酯配制0.02mol/L2、不同温度下 NaAc溶液的电导率 K：在不同温度下NaAc溶液的电导率近似认为是反应完成后的电导率，其值列于下表:实验次数温度(C)Kg (S/cm)120.51-4.482223.51-

9、3.409326.55-3.6253、速率常数计算在每个温度下由计算机各采集一组溶液电导率随时间的变化的数据，选择直线区域每隔100s左右取一个数据，共采集8个数据处理(见下表)。以Kt对(Kt- KJt作图，由直线斜率求出相应温度下的反应速率系数k:3.1原始实验数据(节选) 第一次：t=20.51 C时间t(s)1101201301401501601701kt-8.52-8.39-8.23-8.12-7.91-7.79-7.72-7.53(S/cm)kg-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482(S/cm)(kt-k g )t-4.03

10、8-394.708-753.348-1095.038-1374.628-1657.308-1946.038-2136.648(sS/cm)第二次：t=23.51 C时间1101201301401501601701kt-7.33-7.12-6.96-6.79-6.70-6.56-6.43-6.31(S/cm)kg-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409(S/cm)(kt-k a )t(sS/cm)-3.921-374.811-713.751-1017.68-1319.69-1578.65-1815.62-2033.6第三次：t=26.55

11、C时间1101201301401501601701kt-7.41-7.22-7.04-6.85-6.75-6.58-6.48-6.39(S/cm)ka-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625(S/cm)(kt-k a )t(sS/cm)-3.785-363.095-686.415-970.725-1253.13-1480.46-1715.86-1938.273.2计算的数据、结果（1 ）从保存的数据文件中选取一段，每隔100s取5和t值，以对作图，由直线斜率求出相应温度下的反应速率系数k2。1、利用第一组数据作图：(Eoa)pl拟合直线方

12、程为：y=-8.56049-4.56526E-4xR=0.987102、对第二组数据作图-6.4-B.6-2000-1500-1000-500(Kt*K)t (sS/cm)R=0.99765拟合直线方程： 3、对第三组数据作图：-2000-1500-1000-500- oi7.-(Egg 2R=0.99785拟合直线方程：0.00333 0.00334 0.00335 0.00336 0.00337 0.0033S 0.00339 0.00340 0W3斗 11/TX?(2)由于NaOH与乙酸乙酯是等体积混合，C0=1/2* C(NaOH)=0.01 mol/L=10 mol/m3 ，可以求出

13、温度T、Kc0、k以及lnk皆列于下表：实验组号T(K)Kc0( )k (m3/mol/s)lnk1293.660.0004570.0000457-9.993412296.660.0004890.0000489-9.925733299.70.0005370.0000537-9.8321由上表的数据Ink与T,根据公式ln(k)=-Ea/RT+B，做lnk对1/T的直线：拟合直线方程 R=0.99552斜率为=懿=-2350.0725，所以毎=19538.5 J/mol。实验所得 耳=24816.19862J/mol。3.3讨论分析(1)实验中应注意的问题1. 配制乙酸乙酯溶液时应当后加入乙酸乙

14、酯，防止乙酸乙酯的挥发过快影响浓度。2. 反应速率随温度的变化会加快，实验时一定要保证恒温。3. 取完NaOH溶液后要盖好瓶盖，防止吸水引起浓度的变化。(2 )实验体会本次实验得到的数据拟合结果的相关系数比较不理想。这在实验中也有体现，数据点波动比较大，究其原因可能是设备问题。因为操作没有错误。所以系统误差难以避免。本次实验时 间较长，但是对操作的要求比较一般。4结论1、本次实验所求得的k值列在下表：实验组号T(K)Kc0( )k (m3/mol/s)lnk1293.660.0004570.0000457-9.993412296.660.0004890.0000489-9.925733299.

15、70.0005370.0000537-9.83212、得到的活化能值为 埠=19538.5 J/mol5参考文献1. 李德忠，化学通报，1992，(9) 5355。2. 金家骏，化学通报，1974，(3) ； 1981，(11)。3. 清华大学化学系物理化学实验编写组，物理化学实验，清华大学出版社，1991,201209。4. 淮阴师范学院化学系，物理化学实验，高等教育出版社，2002，141148。6附录思考题1. 配制乙酸乙酯溶液时，为什么在容量瓶中要先加入部分蒸馏水？答：乙酸乙酯容易挥发，而且本次配制时所需要的乙酸乙酯仅有0.176ml，因此如果挥发，将使乙酸乙酯浓度与 NaOH浓度不再

16、相等，对实验产生较大的误差。2. 为什么乙酸乙酯和 NaOH溶液浓度必须足够稀？请推导出公式- 0 = A1c0中A1的表达式，从而说明其为常数的条件。答：本次实验初始，溶液中起导电作用的主要是NaOH，只有在浓度足够稀时，才会有强电解质的电导与其浓度成正比，而且溶液的总的电导等于各离子的电导之和这一关系成立。而为了使本次实验的计算方便，故而应该使乙酸乙酯的浓度和NaOH的浓度相等，即也必须足够稀。而且之后随着CH3COO-的生成，OH-的减少，CH3COO-会水解而减少，只有足够稀的时候才不会使CH3COO-因水解而减少，从而保证了电导与浓度成正比，进而能够使用原理当中提到的公式加以计算。=-lmC=G|2C= Ar =Gl2nnG2其中一为1mol电解质的电导，实验中 丨也为常数，所以 A为常数。n3. 若配制溶液时用的不是去离子水，电导管和混合器未洗干净，对实验结果有影响？答：如果不是去离子水，电导管和混合器未洗干净，则在实验中有干扰离子参与导电， 测得的电导率变大，最终得到的速率系数也变大。4. 预先单独用NaOH溶液来调整电导率仪有何作用？答：这样做能够使的电导仪的工作范围在一个相对稳定的、测量较精确的区域， 减少了仪器带来的误差。同时避免了电导率仪超量程情况的发生。5. 设计思想是什么？请提出其他的混合方法。答：设计思想是在反应一旦进行，就