物理化学 皂化反应速率常数测定精.ppt

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1、物理化学 皂化反应速率常数测定2023/2/17第1页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 实验目的实验目的实验原理实验原理实验仪器装置，药品实验仪器装置，药品实验步骤实验步骤实验注意事项实验注意事项数据记录和处理数据记录和处理问题讨论问题讨论2023/2/17第2页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 一、实验目的一、实验目的2、用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数；1、理解二级反应的特点；3、掌握电导率仪的使用方法。4、进一步掌握ORIGIN7.0软件处理数据的方法。2023/2/17第3页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 二、实验原理二、实验原理乙

2、酸乙酯皂化反应是个二级反应，其反应计量方程式如下：设乙酸乙酯与氢氧化钠溶液的起始浓度相同，均为C0，反应进行到t时刻时，反应生成的CH3COO和C2H5OH的浓度为x，即：2023/2/17第4页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定（-9-1）式中，k为反应速率常数。将上式积分得（-9-2）起始浓度才C0为已知，因此只要由实验测得不同时间t时的x值，以x/(C0-x)对t作图，应得一直线，从直线的斜率M(=C0k)便可求出k值。则该二级反应的速率方程可表示为：2023/2/17第5页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 因此，本实验的关键是要测量出反应进程中t时刻氢氧化

3、钠（或乙酸乙酯）溶液浓度。某一时刻OH-的浓度可用标准酸进行滴定求出，也可通过测量溶液的某种物理性质而获得。本实验采用电导率仪测定溶液的电导值随时间的变化关系，可以监测反应的进程，进而可求算反应的速率常数。如何测量反应进程中的浓度？2023/2/17第6页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 乙酸乙酯皂化反应中，参加导电的离子有OH-、Na+和CH3COO-，由于反应体系是很稀的水溶液，可认为CH3COONa是全部电离的，因此，反应前后Na+的浓度不变，随着反应的进行，仅仅是导电能力很强的OH-离子逐渐被导电能力弱的CH3COO-离子所取代，致使溶液的电导逐渐下降。故在一定范围内，

4、可认为溶液电导值的减少量与CH3COONa的增加量x成正比。所以，可用电导率仪测量皂化反应进程中电导率随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。2023/2/17第7页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 本实验体系中，OH和CH3COO的浓度变化对电导率的影响较大，由于OH的迁移速率是CH3COO的五倍，所以溶液的电导率随着OH的消耗而逐渐降低。令G0为t0时溶液的电导，Gt为时间t时混合溶液的电导，G为t=(反应完毕)时溶液的电导。则稀溶液中，电导值的减少量与CH3COO-浓度成正比，设K为比例常数，则tt时，xx，xK(G0Gt)t=时，xa，aK(G0G)（-9

5、-3）由此可得（-9-4）2023/2/17第8页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 所以ax和x可以用溶液相应的电导表示，将其代入上式得：或（-9-5）因此，只要测不同时间溶液的电导值Gt和起始溶液的电导值G0，然后以Gt对(G0-Gt)/t作图应得一直线，直线的斜率为1/C0k，由此便求出某温度下的反应速率常数k值。由电导与电导率k的关系式：代入（代入（-9-5-9-5）式得：）式得：2023/2/17第9页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定（-9-6）通过实验测定不同时间溶液的电导率 和起始溶液的电导率 ，以 对 作图，也得一直线，从直线的斜率也可求出反应速率

6、数k值。如果知道不同温度下的反应速率常数 和 ，根据Arrhenius公式，可计算出该反应的活化能E和反应半衰期。，以 对 作图，也可。2023/2/17第10页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 第2种数据处理方式2023/2/17第11页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定（-9-7）（-9-8）或2023/2/17第12页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 三、三、仪仪器器药药品品主要主要仪仪器器DDS-307型电导率仪1台DJS-1C型铂黑电极1支电导池1个秒表（或其他）1只药药品品NaOH(分析纯)、乙酸乙酯(分析纯)、NaAc(分析纯)。20

7、23/2/17第13页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 四、实验部分四、实验部分1、调节恒温槽至 25 或 30；或者实验室温度下实验(1)调节“常数”钮，使其与电极常数标称值一致。例所用电极的常数为0.98，则把“常数”钮白线对准0.98刻度线。（2）将“量程”置在合适的倍率档上，若事先不知被测液体电导率高低，可先置于较大的电导率档，再逐档下降，以防表头针打弯。（3）将“校正测量”开关置于“校正”位，调“校正”电位器使表针指满度值1.0。2调节电导调节电导率率仪仪，预热预热10分分钟钟。本次实验不校正电导池常数。4.1 实验前准备部分实验前准备部分2023/2/17第14页，

8、本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 4.1.3配制溶液配制溶液（1）准确配制浓度为0.010 0 molL-1NaOH、0.020 0 molL-1 NaOH溶液各50ml。（1/10000 天平）已经配置好NaOH溶液，浓度已经标定（2）准确配制浓度为0.010 0 molL-1的CH3COONa溶液50ml。（1/10000 天平）不用测试反应结束后的电导率，不需要配置。2023/2/17第15页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 根据20下乙酸乙酯的密度计算出配制50mL 0.010 0molL-1（与NaOH准确浓度相同）的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升数

9、V。V可按下式计算：（-9-9）（3）用加液枪量取纯乙酸乙酯加入。式中：V容为容量瓶的体积，W乙为乙酸乙酯的质量分数，M乙（=88.11）为乙酸乙酯的分子量，为20时乙酸乙酯的密度。通常，分析纯乙酸乙酯的 ，gml-1。2023/2/17第16页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 乙酸乙酯在各温度下的密度也可由下式计算（-9-10）上式中密度的量纲为kg.m-3，乙酸乙酯的温度T的量纲为。2023/2/17第17页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 4.2 正式实验部分正式实验部分 4.2.1溶液起始电导率溶液起始电导率k0的测定的测定（1）50ml锥形瓶洗净烘干，

10、加入50ml NaOH溶液，放入磁力搅拌子。（2）用电导水洗涤铂黑电极，尽量吸干后，然后插入锥形瓶。溶液要淹没电极的电导池。注意，不要擦拭铂黑。（3）打开电磁搅拌器，(调到合适的转速)；测量电导值，每1min读3次数，读取6次，取平均值。2023/2/17第18页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定（1）计计算所需乙酸乙算所需乙酸乙酯酯的体的体积积，用加液，用加液枪枪量取。量取。（2）取出）取出电电极（不要极（不要损损失失氢氢氧化氧化钠钠），加入乙酸乙），加入乙酸乙酯酯，同同时计时时计时。再插入再插入电电极。极。（3）在）在2min、4min、6min、8min、10min、12m

11、in、15min、20min、25min、30min、35min、40min各测电导率一次，记下和各测电导率一次，记下和对应对应kt的时间的时间t。（4）结束后，倒去反应液，洗净电导池和电极。）结束后，倒去反应液，洗净电导池和电极。4.2.3 反反应时电导应时电导率率kt的的测测定定2023/2/17第19页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 调节恒温槽温度为(35.00.1)或(40.00.1)。重复上述5、6步骤，测定另一温度下的k0、kt。但在测定kt时，按反应进行2min、4min、6min、8min、10min、12min、15min、18min、21min、24min

12、、27min、30min测其电导率（或由计时开始在第2，4，6，8，10，15，20，25，30，40 分钟测其电导）。实验结束后，关闭电源，取出电极，用电导水洗净并置于电导水中保存待用。7另一温度下另一温度下 和和 的测定的测定 (暂不作暂不作)2023/2/17第20页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 本实验需用电导水，并避免接触空气及灰尘杂质落入。配好的NaOH溶液要防止空气中的CO2气体进入。4.3、注意事项、注意事项 乙酸乙酯溶液和NaOH溶液浓度必须相同。乙酸乙酯溶液需临时配制，配制时动作要迅速，以减少挥发损失。2023/2/17第21页，本讲稿共25页物理化学实验

13、皂化反应速率常数测定 六、数据处理六、数据处理 将t，kt，室温：大气压：k0(25)：数据列表。25t(min)kt(k0-kt)/t2023/2/17第22页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 由直线的斜率计算速率常数k和反应半衰期t1/2。以两个温度下的t对(0-t)/t作图，分别得一直线。七、思考七、思考题题为什么以0.010 0moldm-3NaOH溶液的电导率就可认为是0?如果NaOH和CH3COOC2H5溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么?2023/2/17第23页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 反应进程中溶液的电导为什么发生变化？4如果以 对t作图求，还需知道 ，怎样测定简便？浓度太大时，电导与浓度不成比例。2023/2/17第24页，本讲稿共25页物理化学实验皂化反应速率常数测定 八、八、文献参考文献参考值值 2023/2/17第25页，本讲稿共25页