当前位置：文档之家 › 实验4-电导法测定乙酸乙酯的皂化反应速率常数

实验4-电导法测定乙酸乙酯的皂化反应速率常数

  • 格式：doc
  • 大小：121.00 KB
  • 文档页数：12

实验4-电导法测定乙酸乙酯的皂化反应速率常数电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数【实验目的】（1）学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法；（2）了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数；（3）熟悉电导仪的使用。

【实验原理】（1）速率常数的测定乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为：CH3COOC2H5＋NaOH = CH3OONa＋C2H5OHt=0 c0c0 0 0t=t c tc t c0 - c t c0 -c tt=∞ 00 c0 c0则2kc dtdc =-，c 为反应任一时刻的浓度。

积分并整理得速率常数k 的表达式为：t0t 0c c c c t 1k -⨯=假定此反应在稀溶液中进行，且CH 3COONa 全部电离，则参加导电离子有Na ＋、OH －、CH 3COO －，而Na ＋反应前后不变，OH－的迁移率远远大于CH 3COO －。

随着反应的进行，OH － 不断减小，CH 3COO －不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率（κ）的下降和产物CH 3COO －的浓度成正比。

令κ0、κt 和κ∞分别为0、t 和∞时刻的电导率，则：t=t 时，c 0 – c t = K (κ0 - κt ) K 为比例常数 t→∞时，c 0 = K (κ0 - κ∞) 联立以上式子，整理得：∞+-⨯=κκκκtkc 1t 00t可见，即已知起始浓度c 0，在恒温条件下，测得κ0和κt ，并以κt 对tt 0κκ-作图，可得一直线，则直线斜率0kc 1m = ，从而求得此温度下的反应速率常数k 。

（2）活化能的测定原理：)11(k k ln21a 12T T R E -=因此只要测出两个不同温度对应的速率常数，就可以算出反应的表观活化能。

【仪器与试剂】电导率仪1台，铂黑电极1支，人形试管2支，直行试管2支，恒温槽 1台，移液管 3支，0.0200mol/LNaOH，0.0200mol/LCH 3COOC 2H 5，0.0100mol/L CH 3COONa （均新鲜配制）。

【实验步骤】（1）恒温槽中注入适量的水，调节恒温槽的温度在25.0 ℃，稳定一段时间。

（2）安装调节好电导率仪，量程调至2 mS·cm -1；按下校准按钮，参照电导率仪上标注的基准值进行校准（电极置于空气中即可），然后打到测量档。

（3）κt的测定在人字形试管的两侧支管中分别用移液管移入10 mL 0.0200 mol/L NaOH和10 mL 0.0200 mol/L CH3COOC2H5（注意试管不要倾倒致使两侧溶液混合），用橡皮塞塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温10 min左右。

将NaOH溶液迅速倾倒注入CH3COOC2H5溶液中（此时启动秒表），充分混合后继续置恒温槽中，并插入电极（溶液必须将电极头浸没），从计时起2 min 时开始读κt值，以后每隔2 min读一次，至40 min 时（电导率基本不变）可停止测量。

（4）κ0的测定在κt的测定过程中，另外取一支直行试管，分别准确移取10 mL 0.0200 mol/L NaOH溶液和10 mL蒸馏水（充分混合），置于恒温槽中恒温10 min左右，插入电极，测定其电导率κ0。

（5）κ∞的测定在κt的测定过程中，另外取一支直行试管，移取0.0100mol/L CH3COONa约20 mL，置于恒温槽中恒温10 min左右，插入电极，测定其电导率κ∞。

（6）反应活化能的测定将恒温槽温度调至35 ℃，恒温条件下，用上述步骤测定35 ℃下的κt值。

由两个不同温度下的κt值即可求出反应的表观活化能Ea 。

【数据处理】（1）求25.0 ℃的反应速率常数k 298.15K ，将实验数据及计算结果填入下表：恒温温度=25.0 ℃ κ0=2.08 mS·cm -1V 乙酸乙酯 =10.00 mL [乙酸乙酯]=0.0100 mol/LV NaOH =10.00 mL [NaOH]=0.0100 mol/Lt (min) κt (ms·cm -1) κ0 -κt (ms·cm -1) tt0κκ- (ms·cm -1·min -1)2 1.418 0.662 0.331 4 1.424 0.656 0.164 6 1.407 0.673 0.112 8 1.384 0.696 0.0870 10 1.361 0.719 0.0719 12 1.339 0.741 0.0618 14 1.318 0.762 0.0544 16 1.298 0.782 0.0489 18 1.280 0.800 0.0444 20 1.263 0.817 0.0409 22 1.247 0.833 0.0379 24 1.233 0.847 0.0353 26 1.219 0.861 0.0331 28 1.206 0.874 0.0312 301.1950.8850.0295κt 对tt 0κκ-作图，求出斜率m ，并由0mc 1k =求出速率常数。

m=3.386，k298.15K =1/(mc 0)=1/(3.386×0.0100)L·mol -1·min -1=29.5L/(mol·min)文献参考值：k (298.2K) =（6±1）L/(mol·min) （2）采用同样的方法求35℃的反应速率常数k 308.15K ，并计算反应的表观活化能Ea ：恒温温度=35.0 ℃ κ0=2.42 mS·cm -1V 乙酸乙酯=10.00mL [乙酸乙酯]=0.0100mol/LV NaOH=10.00mL[NaOH]=0.0100mol/Lt(min)κt (ms·cm -1)κ0 -κt(ms·cm -1)tt0κκ-(ms·cm -1·min -1)22.32 0.10 0.0500 4 2.25 0.17 0.0425 6 2.16 0.26 0.0433 8 2.10 0.32 0.0400 10 2.04 0.38 0.0380 12 2.00 0.42 0.0350 14 1.97 0.45 0.0321 16 1.933 0.487 0.0304 18 1.908 0.512 0.0284 20 1.887 0.533 0.0267 22 1.875 0.545 0.0248 24 1.861 0.559 0.0233 26 1.849 0.571 0.0220 28 1.836 0.584 0.0209 30 1.827 0.5930.0198κt 对tt 0κκ-作图,求出斜率m ，并由0mc 1k =求出速率常数。

m=16.270，k308.15K =1/(mc 0)=1/(16.270×0.0100) L·mol -1·min -1=6.15L/(mol·min)文献参考值：k （308.2K ）=（10±2）L/(mol·min)11611111115.30815.29815.30815.2981201020.1)15.308115.2981(min 15.6min 5.29ln314.8)15.308115.2981(ln )15.308115.2981(ln--------⋅=⋅⨯=-⋅⋅⋅⋅⨯⋅⋅=-=-=mol kJ mol J KK mol L mol L K mol J K K k k R E KK R E k k K K a a K K 文献值：Ea=46.1kJ/mol【结果分析与讨论】（1） 根据本实验中测定的数据作tκ-tt 0κκ-图，在298.15K 时15个数据点的线性并不好，这是因为乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，混合后体系温度降低，所以在混合后的几分钟所测溶液的电导率偏低。

所以上述的图是从8min 开始作出线性回归曲线，即去掉前3个数据，提高了tκ-ttκκ-图的线性。

另外在308.15K 时，前三点的数据也有点异常，鉴于其R 2比较高，且这三点并不如298.15K 时偏离得那么严重，因此在308.15K 时的线性回归曲线并没有去掉前三点。

（2）在本次实验结果中，k 298.15K =29.5L/(mol·min)，而k 308.15K =6.15L/(mol·min)，可以看出温度越大，速率常数越小，与理论不相符；即在298.15K 时，所测量的m值偏低，导致k298.15K偏高，导致m值偏低的原因可能是t t0κκ-在区间[0.050,0.100]内所测得的κt偏低，在此区间内的数据则是氢氧化钠和乙酸乙酯刚开始反应时的数据，而乙酸乙酯的皂化反应是吸热反应，可能是由于该反应吸收的热量使体系温度下降，从而使溶液内的离子热运动的速率下降，导电能力下降，导致κt偏低，从而使m 值偏低，最后使k298.15K偏高；而k298.15K偏大，ln(k298.15K/k308.15K)偏大，从而导致E a偏大。

（3）实验中，可能引起误差的原因有：1）NaOH与乙酸乙酯混合不够迅速及时，会对结果造成较大影响。

2）由于实验时间较长，NaOH 溶液中会溶有CO2，使NaOH浓度降低。

3）由于配制乙酸乙酯时乙酸乙酯用量很少，使得溶液浓度误差可能较大。

4）皂化反应过程吸热，反应刚刚开始时体系温度可能偏低。

（4）实验中需要注意的问题分析1）配制溶液时动作要迅速，防止乙酸乙酯的挥发。

2）为使NaOH溶液与CH3COOC2H5溶液确保混合均匀，洗耳球应快速反复抽压。

3）不同温度下测量初始电导率时，NaOH溶液最好重新配制，避免CO2的溶入。

4）每次使用铂电极之前，应将电极反复冲洗，并用滤纸将水吸干。

5）大试管与双管反应器使用前应清洗干净并干燥。

【思考题】（1）为何本实验要在恒温条件进行，而CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温？答：因为反应速率k受温度的影响大，（k T+10）/k T=2~4，若反应过程中温度变化比较大，则测定的结果产生的误差较大；反应物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反应的时候是相同温度的，防止两者温差带来温度的变化影响测定结果。

因此，本实验的关键是待测溶液一定要充分恒温，保证其温度的准确性。

（2）如何使用自己的实验结果验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？ 答：由于t t0κκ-与tκ成线性关系，即2kc dt dc=-，所以该反应是二级反应。

（3）为什么CH 3COOC 2H 5和NaOH 起始浓度必须相同，如果不同，试问怎样计算k 值？答：因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，为了简化计算，采用反应物起始浓度相同。

合集下载

物化实验(电导法测乙酸乙酯皂化反应的速率常数)

物化实验(电导法测乙酸乙酯皂化反应的速率常数)

2013-10-23 16
（四）实验结果与分析
（1）κ0与κ∞测定结果: 反应的温度：t＝ ＿ ℃ κ0 =＿µ cm-1 S· κ∞（开始）= ＿ µ cm-1 S· κ∞（结束）= ＿ µ cm-1 S· κ∞（平均）= ＿ µ cm-1 S·
2013-10-23
17
（2）κt测得结果和数据处理。
2013-10-23 12
（2）调节TEMPERATURE到2%/℃ 。 （3）选择合适的测量范围，如1999μs或19.9ms 。 （4）待数字基本稳定后，旋转 “CALIBRATION” 键，使显示屏上的数值与室温下0.01mol/L KCl标 准液的电导率值相等即可（查课本336页附录 八）。取出电极，用蒸馏水淋洗1－2遍后，置 蒸馏水中备用。(注意:此后“CALIBRATION” 键能否再动?)
2013-10-23 5
所以，稀溶液中，电导值的减 少量与CH3COO-浓度成正比，速率 方程可变为： ＝
式中：κ0—起始时的电导率； κt—t时的电导率； κ∞—t→∞即反应终了时的电导率；
2013-10-23 6
故只要测定了κ0、κ∞ 以及一组κt值以 后，利用(κ0–κt)∕(κ0–κ∞)对t作图，若该 反应为二级反应，则应得到一条直线，直线的 斜率即是速率常数k与起始浓度ca的乘积。K 的单位为L・mol-1・min-1。
2013-10-23 20
请保护公共仪器设备！ 请注意安全！
谢谢!
2013-10-23
21
2013-10-23 7
Calibration旋钮 ↙
Temperature旋钮 ↙
2013-10-23
↖
8
量程选择按钮
2013-1
电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数-图文

电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数-图文

电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数-图文实验报告化反应速率常数学院（系、部）：化学化工实验课程名称：物理化学实验班级名称：06化工2W学生姓名：陆朝阳学生学号：06333216指导老师：陈老师实验时间：08—3—26一.目的要求1.了解二级反应的特点,学会用图解计算法求取二级反应的速率常数.2.用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数,了解反应活化能的测定方法.二.基本原理乙酸乙酯皂化是一个二级反应,其反应式为:CH3COOC2H5NaOHCH3COOC2H5OHNa在反应过程中,各物质的浓度随时间而变.某一时刻的OH-离子浓度可用标准酸进行滴定求得,也可通过测定溶液的某些物理性质而得到.用电导仪测定溶液的电导值G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.二级反应的速率与反应物的浓度的2次方有关.若反应物CH3COOC2H5和NaOH的初始浓度相同(均设为c),设反应时间为t时,反应所产生的CH3COO和C2H5OH的浓度为某,若逆反应可忽略,则反应物和产物的浓度时间的关系为:CH3COOC2H5NaOHCH3COONaC2H5OHt=0cc00t=tc-某c-某某某t=∞→0→0→c→c上述二级反应的速率方程可表示为:d(c某)d某k(c某)(c某)(18.1)dtdt积分得:某11kt(18.2)kt或c(c某)c某c显然,只要测出反应进程中任意时刻t时的某值,再将已知浓度c代入上式,即可得到反应的速率常数k值.因反应物是稀水溶液,故可假定CH3COONa全部电离.则溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和CH3COO等,Na+在反应前后浓度不变,OH-的迁移率比CH3COO的大得多.随着反应时间的增加,OH不断减少,而CH3COO不断增加,所以体系的电导值不断下降.在一定范围内,可以认为体系电导值的减少量与CH3COONa的浓度某的增加量成正比,即:t=t某=β(G0-Gt)(18.3)t=∞c=β(G0-G∞)(18.4)式中,G0和Gt分别是溶液起始和t时的电导值,G∞为反应终了时的电导值,β是比例系数.将(11.3)、(11.4)代入(11.2)得:ckt(G0Gt)[(G0G)(G0Gt)]G0Gt(18.5)GtG据上式可知,只要测出G0、G∞和一组Gt值,据(11.5)式,由(G0Gt)/(GtG)对t作图,应得一直线,从其斜率即可求得速率常数k值.三.仪器与试剂数字式电导率仪恒温水浴秒表双管电导池移液管(10mL)碘量瓶（100mL）洗耳球NaOH(0.0100、0.0200mol/L)CH3COONa(0.0100mol/L)CH3COOC2H5(0.0200mol/L)四.实验步骤1.开启恒温水浴电源,将温度调至所需值25℃。

实验四 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

实验四 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

23实验四 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数一.目的要求1.了解二级反应的特点,学会用图解计算法求取二级反应的速率常数。

2.用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数,了解反应活化能的测定方法。

二.基本原理乙酸乙酯皂化是一个二级反应,其反应式为:+--+++−→−++Na OH H C COO CH OH Na H COOC CH 523523在反应过程中,各物质的浓度随时间而变.某一时刻的OH -离子浓度可用标准酸进行滴定求得,也可通过测定溶液的某些物理性质而得到.用电导仪测定溶液的电导值G 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.二级反应的速率与反应物的浓度的2次方有关.若反应物523H COOC CH 和NaOH 的初始浓度相同(均设为c ),设反应时间为t 时,反应所产生的-COO CH 3和OH H C 52的浓度为x ,若逆反应可忽略,则反应物和产物的浓度时间的关系为:OH H C COONa CH NaOH H COOC CH 523523+−→−+t=0 c c 0 0t=t c-x c-x x xt=∞ →0 →0 →c →c上述二级反应的速率方程可表示为:))(()(x c x c k tx t x c --==--d d d d .........(4-1) 积分得:kt cx c =--11 或 kt x c c x =-)( .........(4-2) 显然,只要测出反应进程中任意时刻t 时的x 值,再将已知浓度c 代入上式,即可得到反应的速率常数k 值.因反应物是稀水溶液,故可假定COONa CH 3全部电离.则溶液中参与导电的离子有Na +、OH -和-COO CH 3等,Na +在反应前后浓度不变,OH -的迁移率比-COO CH 3的大得多.随着反应时间的增加,OH -不断减少,而-COO CH 3不断增加,所以体系的电导值不断下降.在一定范围内,可以认为体系电导值的减少量与COONa CH 3的浓度x 的增加量成正比,即:t=t x=β(G 0 - G t ) .........(4-3)t=∞ c=β(G 0 - G ∞) .........(4-4)式中,G 0和G t 分别是溶液起始和t 时的电导值, G ∞为反应终了时的电导值,β是比例系数.将(4-3)、(4-4)代入(4-2)得:∞∞--=----=G G G G G G G G G G ckt t t t t 0000)]()[()(ββ .........(4-5) 据上式可知,只要测出G 0、G ∞和一组G t 值,据(4-5)式,由)/()(∞--G G G G t t 0对t 作图,应得一直线,从其斜率即可求得速率常数k 值.三.仪器与试剂DDS-307型数字电导率仪 1台恒温器1套秒表1块双管电导池1个移液管(20 mL) 2支DJS-1型铂黑电极1支洗耳球1只NaOH(0.0100、0.0200mol/L)若干CH3COONa(0.0100mol/L)若干CH3COOC2H5(0.0200mol/L)若干四.实验步骤温度下进行实验,低温应高于室温5℃以上!),如25℃/35℃或30℃/40℃。

电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验

电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验

1
2
3
4
5
(k 0-k t )/(k t -k ∞)
t/min
原始数据记录
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
t/min
(k o -k t )/ln ()k k Ea R T T 2121
11
=--
活化能 = 5.99×10-3 J
思考题：
1、反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念，反应级数只能通过实验来确定。

试问如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？
答：如果通过本实验测定了κ0、κ∞以及一组相应于t 时κt 值，以()()∞--κκκκt t 0对t 作图，可得一直线即可验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应。

2、乙酸乙酯的皂化反应为吸热反应，试问在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，如何处置这一影响而是使实验得到较好的结果? 答：采用恒温槽恒温。

3、 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，如果NaOH 和CH 3COOC 2H 5溶液为浓溶液时，能否用此法求k 值，为什么?
答：不能。

因为影响因素太多，在浓的溶液中不可认为CH 3COONa 全部电离，该反应的逆反应不能忽略，此时不可以认为体系电导率值的减少与CH 3COONa 的浓度x 的增加量成正比。