乙酸乙酯皂化反应速率系数的测定(共7页)

1、乙酸乙酯皂化反应(fnyng)速率系数的测定周韬摘要(zhiyo)：本实验(shyn)通过测定不同温度下的乙酸乙酯和NaOH溶液在相同浓度下反应中电导率随时间的改变，计算出了该反应的速率常数以及表观活化能。根据测定的数据，判定该反应属于二级反应。关键词：二级反应；电导率；速率常数。引言：张虎成1等人在“电导法测定乙酸乙酯皂化反应级数”用电导法测定了乙酸乙酯皂化反应的反应级数。他们在实验中，利用强电解质的电导和浓度呈正比的关系，通过测电导，然后用其表示出浓度，即得到浓度与时间的函数关系式。通过改变起始浓度，得到不同的速率方程，解出反应级数中的未知量。这种实验方法的优点是可以不用严格控制反应物的起

2、始浓度。但是，在计算级数时，他们采用的两个速率方程相比的方法计算可能会给结果带来的误差较大。一般在实验中，采取五点作图法进行计算在线性条件较好的情况下，实验结果的偶然性更小。张来英2等人在“乙酸乙酯皂化反应的热动力学实验”中，用量热法原理测定了乙酸乙酯皂化反应的速率常数，并（在一定温度下）与文献值进行了比较。他们认为，电导法在高浓度范围不适用，并且实验初期的数据线性差。由于量热法需要用到苯二甲酸氢钾标定NaOH溶液的浓度，本实验采用改进的电导法进行实验。用电导率仪测定电导率，将电导率转为电信号进行计算。实验中省略了人为记录带来的误差，实验结果用计算机拟合直线，线性较好。1、实验部分1.1原理对

3、于二级反应A+B产物如果A、B两物质起始浓度相同（均为a），反应速率的表达式为dxdt=k(a-x)2式中x为t时刻生成物的浓度，对上式进行定积分得 k=1txaa-x 实验中，x的值不能直接测量得到，需要通过(tnggu)测定其他物理量来进行换算（比如(br)本实验用的电导率）。对于(duy)反应CH3COOC2H5+OH-CH3COO-+C2H5OH反应系统中，OH-的电导率比较大，而CH3COO-的电导率比较小，所以，随着反应的进行，系统的电导率逐渐降低，并且降低较为显著。对于稀溶液，强电解质的电导率 与溶液的浓度成正比，而且溶液的总电导率等于组成该溶液的强电解质的电导率之和。对于上述反

4、应，有 0=A1a =A2a t=A1a-x+A2x 式中，A1、A2为温度、电解质性质和溶剂等因素有关的比例常数； 0、 、 t分别为反应刚开始、反应终止及反应t时间时刻溶液的总电导率。联立、三式可以得到x的函数x=0-t0-a将上式带回式可以得到一个新的关系式 t=1ak0-tt+ 因此，以t对0-tt作图，如果是一条直线，说明该反应为二级反应，同时，可以根据斜率计算出速率系数k。在实验中，电导率用电导率仪进行测定，同时将电导率仪的电导率数值通过无纸记录仪转化成为电信号通过计算机导出。这种方法可以减少实验中记录电导率和时间的麻烦以及由其引起的误差。物质的电导率和电压成一个不确定的一次函数关

5、系，即=mE+c将此式带入式中，可以得到Et=1akE0-Ett+E所以(suy)，在实验数据处理中，用Et对E0-Ett作图，如果(rgu)得到(d do)一条直线，说明反应为二级反应。根据阿伦尼乌斯方程lnk=-EaRT+lnA式中A为阿伦尼乌斯常数。假定反应的反应活化能在一定温度范围内不随温度变化，可以知道在层出不同温度下的速率系数k之后，可以通过以lnk对1/T作图根直线的斜率求出该反应的反应活化能。当然，由于溶液中的化学反应实际上非常复杂，所以计算出的是表观活化能。当把乙酸乙酯浓度加浓20倍的时候，可以近似认为在反应开始和结束时，其浓度没有发生变化，即乙酸乙酯的浓度时一个常数c0。那

6、么，乙酸乙酯皂化反应的速率方程可以写成dxdt=k(a-x)其中k=kc0。将该方程定积分得: -lna-xa=kt而x=0-t0-a代入上式得-lnt-0-=kt故可作-lnt-0-t图, 若为直线则也验证该反应为二级反应. 1.2试剂与仪器1.2.1试剂0.0200mol.L-1的NaOH溶液；乙酸乙酯（AR）；去离子水1.2.2仪器DDS-11D型电导率仪1台；AB200A无纸记录仪1台；XTTG-7恒温水浴1套；DJS-1型电导电极1支；双管反应器2只、大试管1只；100mL容量瓶1个；250mL容量瓶1个；20mL移液管3支；0.2mL移液管1支；5mL移液管1支。1.3实验步骤仪器

7、(yq)准备。调节超级恒温槽的温度为25.00，预热电导率仪，进行校正，连接电导率仪和无纸记录仪，并检查(jinch)无纸记录仪与计算机的连接情况。配制(pizh)0.0200mol.L-1乙酸乙酯溶液。乙酸乙酯的密度随温度变化为=924.54-1.168t-1.95t2式中温度t的单位是，密度的单位是kg.m-3。配置完成之后放入恒温槽进行预热。测量电导率。移取20mL0.0200 mol.L-1的NaOH溶液于大试管，加入20mL去离子水，恒温10min后（软木塞塞住防止其吸收大气中的二氧化碳），用电导率仪测定其电导率。在双管反应器中，向大试管移入20mL0.0200mol.L-1乙酸乙酯

8、溶液（软木塞塞住防止挥发），向小试管中移入20mL0.0200 mol.L-1的NaOH溶液，恒温一段时间后，点击无纸记录仪的“RUN”按键，用洗耳球快速将NaOH溶液吹入大试管中与乙酸乙酯溶液混合，并且吸取一部分会小试管再次吹入大试管（移取干净，搅拌作用），取出洗耳球。待反应进行20min左右，无纸记录仪按“STOP”键，得出电压-时间数据。按上述方法一次测定30、35、40、45的数据。将乙酸乙酯的浓度增大20倍，在35按步骤测定电导率随时间的变化关系。2、实验结果和分析图1b 30下起始浓度相同时Et-E0-Ett图 图 SEQ 图 * ARABIC 1a 25下起始浓度相同时Et-E0

9、-Ett图图 1d 40下起始浓度相同时Et-E0-Ett图 图 1c 35下起始(q sh)浓度相同时Et-E0-Ett图图1f 35乙酸乙酯加浓20倍-lnt-0-t图 图 1e 45下起始(q sh)浓度相同时Et-E0-Ett图从图1可以(ky)看出，在几个不同温度下，所得到的图形都是较好的直线，说明该反应是二级反应。根据实验数据得到的k值和温度的关系如下表所示表 SEQ 表格 * ARABIC 1 k值和温度的关系室温：14.1t/k/L.mol-1.s-1lnkk的文献值/L.mol-1.s-1相对误差250.0854-2.46040.104317.88%300.1496-1.89

10、98350.1481-1.90970.2037427.30%400.2141-1.5413450.2884-1.2433对于乙酸乙酯浓度加浓20倍的实验，其图像确实为一条直线，说明该反应是NaOH的一级反应。图 SEQ 图 * ARABIC 2 lnK-1/T图lnK1/T图得到(d do)一条(y tio)直线，直线的斜率(xil)等于-EaR，计算得到该反应的表观活化能等于44.08kj.mol-1。有文献值3为33.24 kj.mol-1，另外在相同条件下有文献值是46 kj.mol-1左右，所以，表观活化能可能与仪器等因素有关。不管是k值还是表观活化能，都与文献值有一定的出入，说明实验

11、过程中存在一定的固定误差来源。3、结论本实验的计算结果与文献值存在一定的误差。总结起来，实验的误差主要有以下几点：几次实验的初期数据都出现偏离线性的现象，这可能与电导法实验本身的缺陷有关。即使实验中用超级恒温槽恒温可以忽略温度波动的影响，但是在进行两种液体的混合时，由于无法搅拌，溶液都不能迅速混合均匀，从而导致初期数据偏离线性。试剂浓度改变引起的误差。实验用到的试剂浓度都比较低，而乙酸乙酯容易挥发，NaOH溶液又容易吸收空气中的CO2，一旦两者发生微小的变化，都有可能导致实验结果发生较大的变化。针对本次实验误差较大的现象，猜测可能就是因为这种原因导致的。杂质的影响。凡对导电率有影响的溶剂或者杂质都会干扰实验结果。参考文献1 张虎成，裴渊超，赵扬. 电导法测定乙酸乙酯皂化反应级数. 大学化学. 第27 卷第5 期. 2012 年10 月.2 张来英, 陈良坦, 李海燕. 乙酸乙酯皂化反应的热动力学实验. 大学化学. 第30 卷第2 期. 2015 年4 月.3 苏H.M,Bapoh等编,周振华译,物理化学(w l hu xu)数据简明手册,上海科学技术出版社, 117( 19 6 4