实验8乙酸乙酯皂化反应动力学研究.pdf
百度文库-好好学习，天天向上-1 实验八 乙酸乙酯皂化反应动力学研究【摘 要】本实验运用电导法测定乙酸乙酯皂化反应不同时刻反应物的浓度，来研究此二级反应的动力学规律，并计算反应的速率常数和活化能。【Abstract】In this experiment,we make use of the method of Electric conductivity method measuring the concentration of the reactant reagent of the ethyl acetate esterification in the solution at different time,In order to research the dynamics kinetic rule of this second order reaction besides calculating the activation energy and the rate constant.【关 键 词】皂化反应 电导法 活化能 反应速率常数【Keywords】electric conductivity method saponification reaction Activation energy reaction rate contant【前 言】化学反应动力学主要研究化学反应的反应机理与速率，通过测定反应级数可以得到一系列与反应相关的信息，比如反应速率常数和活化能。乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应。本实验运用电导法测定不同时刻反应物的浓度，由此得到一定温度下此反应的反应速率常数，利用不同温度反应速率常数的数据，可计算出乙酸乙酯皂化反应的活化能。【实验部分】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，当时间为 t 时，各生成物的浓度均为x，此时刻的反应速度为：dxdtk ax bx()()(101)式中，k 为反应的速率常数，将上式积分可得：ktabb axa bx1ln()()(102)百度文库-好好学习，天天向上-2 若初始浓度 a=b，9(1)式变为dxdtk ax()2，积分得：ktxa ax()(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。LRLAlg1 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。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 xK LLt()0 (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的浓度为 a，即：aK LL()0 (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：ktK LLaKLLLLLLa LLtttt()()()()()0000 或写成：LLLLakttt0 (106)或 akLakLtLLtt0 (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LLLLtt0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：dkdTERTaln2 (108)百度文库-好好学习，天天向上-3 积分得：lnkkERTTT Ta212112 (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。仪器与药品：DDS型电导率仪 1 台 电导池 1 只 恒温槽 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 CH3COOC2H5试剂（分析纯）NaOH（分析纯）酚酞指示剂溶液 实验步骤：1、打开恒温槽使其恒温在 25。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，（1）如果选用电导率仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到L=13001400S/cm（2）如果选用离子分析仪测量，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到 PH=左右。4、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。5、L0（或 PH0）的测定：（冬天或夏天）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，用计算机每十秒读一次数。6、Lt（或 PHt）的测定：（冬天或夏天）完成 L0（或 PH0）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,用计算机每十秒读一次数。7、根据需要进行其他测量 8、按步骤 5、6 和 7 在第二个温度下进行测量。（冬天或夏天）实验注意事项：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拭电极上的铂黑。百度文库-好好学习，天天向上-4 数据记录及处理：因数据过多，在此不再赘述，详见 ftp 上相关文件。反应速率常数及活化能的计算：（1）温度 T=测得 L0=1462 S/cm;（2）温度 T=测得 L0=1274 S/cm ；1、在用恰当的关系式作图得一直线，并根据斜率求反应速率常数 k。百度文库-好好学习，天天向上-5 图 1、下ttLtLL0关系图 表 1、下ttLtLL0线性拟合相关数据 线性拟合后，根据akLakLtLLtt0与可知，ak1=ak1L()=k1=ak/a=L()=(S/cm）百度文库-好好学习，天天向上-6 图 1、下ttLtLL0关系图 表 2、下ttLtLL0线性拟合相关数据 线性拟合后，根据akLakLtLLtt0与可知，ak2=ak2L()=k2=ak/a=L()=(S/cm）百度文库-好好学习，天天向上-7 2、由 k25，k30，根据阿累尼乌斯公式 lnkkERTTT Ta212112 求出反应的活化能 Ea。Ea=R(ln（k2/k1)(T1*T2/(T1-T2)=*(ln)*J/mol =J/mol=kJ/mol 理论上计算得的活化能 Ea=mol 相对误差=【实验结果分析】1、实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：a）实验所提供的仪器-移液管只有的，最小刻度为，而实验要求的乙酸乙酯体积为，由于不能精确量取而造成误差。b）实验过程中由于天气原因，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。c）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。d）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。e）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。f）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。2、由图 1 和图 2 可以看出，两次实验开始阶段测得数据误差都很大，推测原因可能为刚滴加入乙酸乙酯时测量电极附近乙酸乙酯浓度较大，此处电导率下降极快，从而导致开始的几个数据与后面的数据拟合较差；此外乙酸乙酯皂化反应是吸热反应，刚加入时会导致溶液温度变化较大，而温度变化也会对电导率有较明显的干扰。若排除这几个数据所得的实验结果可能会更好。3、实验中利用恒温槽提供循环水为反应环境保温的方式并不理想，从恒温槽输出的热水在导管中有热量损失，从而导致反应槽很难达到实验要求的 30和 35，同时两次实验中 L0 的温度与 Lt 的温度均不一致实验中温度不严格恒定也对实验结果造成了一定的影响。4、实验中在第一次称取邻苯二甲酸氢钾时没有使用减量法而是用称量纸转移邻苯二甲酸氢钾，可能有少量样品附着在称量纸上，导致实际参与反应的邻苯二甲酸氢钾比计算所使用的量更少，从而使计算得的氢氧化钠浓度偏高。5、本实验过程中由于氢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。6、实验过程中的移液管量程应该更加小，这样才能精确量取。7、实验对 L0 的测定太过简单，应该加以改进。百度文库-好好学习，天天向上-8 【参考资料】1、【物理化学】（下册）傅献彩等，高等教育出版社 2、【物理化学】(美)V.弗里德等著 高等教育出版社，1983 年 7 月 3、【展望 21 世纪的化学】王佛松等主编，化学工业出版社，2000 年 5 月
