乙酸乙酯皂化反应动力学分析

1、实验十乙酸乙酯皂化反应动力学研究【摘要】本实验通过乙酸乙酯的皂化反应来研究化学反应动力学的规律。实验通过电导法测 定乙酸乙酯的皂化反应体系中的电导率来代替对浓度的直接测量，由此计算反应的速率常数 及其活化能，同时了解具有简单级数的化学反应的动力学特征和SevenMulti型电导率综合 测试仪的使用。【关键词】皂化反应 电导率 反应速率常数活化能一、前言化学动力学是研究化学反映过程的速率和反应机理的物理化学分支学科，它的研究对象 是物质性质随时间变化的非平衡的动态体系。本实验通过乙酸乙酯的皂化反应来初探化学反 应动力学的一些相关性质和规律。乙酸乙酯皂化反应是一个在化学和工业应用上均有着重大意义的

2、有机反应，而反应速率 常数是化学反应一个重要的动力学参数。本实验采用物理方法，通过测定不同时刻溶液的电 导率来得到反应各物质的浓度，进而确定反应速率常数，并进一步计算出该反应的活化能。二、实验部分实验原理乙酸乙酯皂化反应为：CH3COOC2H5+Na+OH- CH3COO-+Na+C2H5OH在反应中，各物质的浓度随时间改变。乙酸乙酯的初始浓度为s氢氧化钠的初始浓度 为饥当时间为t时，各生成物的浓度均为加 此时刻的反应速度为：dx1b(a - x)-7; = ka - x)(b - x)，积分可得：kt = ln ;xa (a - x)dta - b a (b - x)dx若初始浓度a=b，

3、9 (1)式变为无=k(a - x)2，积分得：kt =不同时刻各物质的浓度可用化学分析法测出，在本实验中我们采用电导法来测定。电解 质溶液的导电是正、负离子向阳极、阴极迁移的结果，它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。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，体系电导率值会不断下降，可以认为体系的电导率的减少量和C H3COO-的浓度 x增加量成正比，在t=t时，x = K(L0

4、 - L ) , L0为起始时的电导率，Lt为t时的电导率。当t=tg时反应终了 CH3COO-的浓度为a，即：a = K(L - L)，式中L即反应终了时的 电导率，K为比例常数，得：K (LL - )(LL -)kt =Fo二1 =o1aK KLL- )-(LL-)a (LL- )080 tt 8L-Lt=akL akL TOC o 1-5 h z 只要测定了 L、乙8以及一组Lj直后，利用L L对t作图，应得一直线，直线的斜率就 03tL L是反应速度和初始浓度a的乘积。反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算: d ln k E =JdTRT 2积分得:k Eln-2 = a HYPERL

5、INK l bookmark35 o Current Document k1R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。因而求得不同温度下的反应速率常数，再结合对应温度便可得到反应的活化能。（二）仪器与药品SevenMulti型电导率综合测试仪梅特勒-托利多公司恒温槽南京大学应用物理研究所研制电导池100mL恒温夹套反应器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个吸耳球1只ch3cooc2h5试剂（分析纯）NaOH （分析纯）酚欧指示剂溶液（三）实验步骤1、打开恒温槽使其恒温在33C0.2C。

6、（在实验中，本组五名实验的同学各测两个 温度下的电导率变化，其中33C和35C下的测量由该报告完成人承担。）2、打开电导率仪。根据附录“电导率仪的使用”对电导率仪进行0点及满刻度校正。 并认真检查所用电导电极的常数，并用旋钮调至所需的位置。3、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，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到 L=13001400 u S/cm4、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欧指示剂在室温下进行浓度测 定，重复三次以上

7、，取平均值。5、L0 （或 PH0 ）的测定（33C）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。6、L七（或PH ：）的测定：完成L0 （或PHo）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。电导率仪会自动采集数据，四十分钟后数据采集完成进行下一步。7、按步骤5、6和7在35C进行测量。（四）注意事项1、NaOH溶液和乙酸乙酯混合前应预先恒温。2、清洗铂电极时不可用滤纸擦

8、拭电极上的铂黑。三、实验结果与分析k(L/molmin)（一）实验结果（原始数据及数据处理附后）25.023.832.244.936.0温度（C）7.06315.9214 12.898624.129213.7911活化能 E =50.59kJ/mol（二）结果分析由图可知电导率与时间有很好的线性关系，即乙酸乙酯浓度与时间有很好的线性关系，说明 本反应为二级反应。（三）误差分析1、实验设计中的误差：在使用二=akt这个公式时，我们假定CH3COONa完全电离，但是实际实验过程中，f , f ,CH3COONa不可能完全电离。实验过程中乙酸乙酯要完全反应才能用初始乙酸乙酯的量去 计算反应后的CH3

9、COOT勺浓度，然而在实验时，乙酸乙酯量的确定是由NaOH溶液浓度的 滴定结果按一比一反应得到的，而且由于精度的影响，乙酸乙酯的量取是很不精确的，这不 仅会影响到反应能否进行完全、影响a值的确定，由实验数据拟合出的直线斜率是a与速率 常数k的乘积知，对k的值也会有很大影响。2、实验操作中遇到的问题及对结果的影响：滴定时造成的误差：首先考虑读数的问题。实验中NaOH溶液滴定的平行实验是由两个人完成的，由于个人读 数习惯的不同会造成结果有些许偏差。由于是用酚酞的颜色变化来确定滴定终点的，因而终 点颜色的判断也成为误差的来源之一。放置的NaOH溶液会吸收空气中的CO2变成 Na2CO3,这使得滴定终

10、点不易判断，因为需要半分钟不退色；滴定时长时间观察也会使眼 睛对变色不敏感，且滴定测得的浓度不完全等于NaOH溶液的浓度。乙酸乙酯加入时造成的误差：为保证反应物的量的一致性，即满足3=上尽量不要让乙酸乙酯挂在壁上，量取时可以稍稍 多一点以避免移取过程中的损失对结果造成影响。另外，在做35 r温度下的实验时，由于 加乙酸乙酯的导管口恰好被挡着，不得已既要考虑磁子的位置又要改变反应容器的位置，结 果由于未注意好电导率仪的电极位置，造成温度的急剧下降，在几分钟内都没有升到所需温 度，因而反应刚开始几分钟内的数据不可用而被舍去。另外，在后来调整反应容器时不是很 容易调到合适位置的原因就是磁子不能很好的

11、转动，在不断的调整位置和转速后才调好，所 以在以后的实验中一定要先调整好仪器的位置和取向，避免此种现象的反生。恒温不能完全达到造成的误差：由数据可以看出反应过程中溶液的温度有小幅度的变化，这是由于恒温水槽升温较 慢， 且溶液温度与实际设定温度有一定的差距。在实验前一定要记得测量几个L0的值，另外还 要注意温度是否稳定了一段时间，在温度较高时，要达到所需温度且保持恒定不太容易，因 而在温度很长一段时间不再变化或很缓慢地只改变0.1 C时便可加入乙酸乙酯。3、数据记录及处理中的误差：本实验使用的仪器有自动每隔五秒采集一次数据的功能，在整个实验过程中共采集40分钟， 其中前半部分是未加入乙酸乙酯时的

12、数据，中间某一时刻加入乙酸乙酯，但这样不能保证反 应恰开始时刻的数据被采集到，而数据处理中所用的到时间项t是以乙酸乙酯加入时刻为基 准的，因而由此带来的误差是不可由舍掉一部分数据就避免的。另外，在作图时，采用了两 种方法处理，一种是每隔一或两分钟取一个数据为点作图，另一种是把所有的点都绘出，选 中间较为线性的一段通过拟合结果求得k值。通过比较发现。后者的结果较为可靠，因而数 据处理中便仅给出此种方法处理的结果。【参考文献】崔献英，柯燕雄,单绍纯.物理化学实验M.中国科技大学出版社,2000。傅献彩，沈文霞，姚天扬,侯文华.物理化学（第五版）上册M.南京大学化学化工学院， 高等教育出版社,200

13、5.Research of Ethyl Acetates Saponification Reaction for DynamicsL Abstract In this experiment, we calculate the Rate constant of the saponification reaction by using method of measuring Electrolytic conductance instead of measuring the concentration directly, and then calculate the activation energ

14、y of the reaction. According to the research, we find some regulates for dynamics and learn the use of SevenMulticonductivity meter.【Key Words saponification reaction conductivity rate constant activation energy【附录】实验所得的数据记录与处理一，数据记录1、NaOH溶液的滴定滴定实验编号邻苯二甲酸氢钾质量g0.03000.0227g0.0153gNaOH溶液用量mL29.8122.49

15、15.21NaOH溶液浓度moldm30.004900.004950.00493NaOH溶液浓度均值moldm30.00493乙酸乙酯溶液用量mL0.052、25C数据 （数据表格另附）L - LL0 切以Lt为横坐标，以 为纵坐标作出如下拟合直线：由拟合结果可知斜率 ak=0.0363,又 a=0.00493moldm3,因此 k=7.0631dm3. mol-1 min-13、同理可得其他温度下的数据： 23.8C：t-utui - t-ioui - UIP9868S 1.= qqTE宅一Lup|OLU6*00P油 X 6我90()=半遂愣71 01-1:。容&以9乙00=玳遂愣t-utui - t-ioui uip*Le6G=l宅一LUP|OLU6*OCTO油 X7 36 C：斜率 ak=0.06799，又 a=0.00493modm3，因此 k=13.7911dm3. mol-1. min-1 44.9 C：斜率 ak=0.14443，又 a=0.00493mol，dm3，因此 k=24.1292dm3. mol-1. min-13、反应速率常数及活化能的计算ln k = In 七 +