乙酸乙酯皂化反应速度常相数的测定
一、实验目的
1.通过电导法测定乙酸乙酯皂化反应速度常数。 2.求反应的活化能。
3.进一步理解二级反应的特点。 4.掌握电导仪的使用方法。
二、基本原理
乙酸乙酯的皂化反应是一个典型的二级反应:
325325CH COOC H OH CH COO C H OH --+??→+
设在时间t 时生成浓度为x ,则该反应的动力学方程式为
()()dx
k a x b x dt
-
=-- (8-1) 、
式中,a ,b 分别为乙酸乙酯和碱的起始浓度,k 为反应速率常数,若a=b,则(8-1)式变为
2()dx
k a x dt
=- (8-2) 积分上式得: 1()
x
k t a a x =?- (8-3)
由实验测的不同t 时的x 值,则可根据式(8-3)计算出不同t 时的k 值。如果k 值为常数,就可证明反应是二级的。通常是作
()
x
a x -对t 图,如果所的是直线,也可证明反应是二级
反应,并可从直线的斜率求出k 值。
不同时间下生成物的浓度可用化学分析法测定,也可用物理化学分析法测定。本实验用电导法测定x 值,测定的根据是:
(1)
溶液中OH -离子的电导率比离子(即3CH COO -)的电导率要大很多。因此,随着反应的进行,OH -离子的浓度不断降低,溶液的电导率就随着下降。
(2) 在稀溶液中,每种强电解质的电导率与其浓度成正比,而且溶液的总电导率就等于组成溶液的电解质的电导率之和。
依据上述两点,对乙酸乙酯皂化反应来说,反映物和生成物只有NaOH 和NaAc 是
强电解质,乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性,它们的浓度变化不至于影响电导率的数值。如果是在稀溶液下进行反应,则
01A a κ= 2A a κ∞=
12()t A a x A x κ=-+
[
式中:1A ,2A 是与温度、溶剂、电解质NaOH 和NaAc 的性质有关的比例常数;
0κ,κ∞分别为反应开始和终了是溶液的总电导率;t κ为时间t 时溶液的总电导率。由此三
式可以得到:
00(
)t
x a κκκκ∞
-=- (8-4)
若乙酸乙酯与NaOH 的起始浓度相等,将(8-4)式代入(8-3)式得:
01t
t k ta κκκκ∞
-=
?
- (8-5) 由上式变换为:
0t
t kat
κκκκ∞-=
+ (8-6)
作0~
t
t t
κκκ-图,由直线的斜率可求k 值,即
1m ka =
,1k ma
= 由(8-3)式可知,本反应的半衰期为:
1/21
t ka
=
(8-7) 可见,两反应物起始浓度相同的二级反应,其半衰期1/2t 与起始浓度成反比,由(8-7)式可知,此处1/2t 亦即作图所得直线之斜率。
、
若由实验求得两个不同温度下的速度常数k ,则可利用公式(8-8)计算出反应的活化
能a E 。
211211ln
a E k k R T T ??=- ???
(8-8) 三、仪器和试剂
恒温槽1套; 移液管(20mL )2支; 电导仪1套;
比色管(50mL )2支;
锥形瓶(250mL )2只; 1mol L NaOH -?溶液; 停表1块;
1325mol L CH COOC H -?溶液;
]
烧杯(250mL )1只; 1mol L NaOH -?溶液; 容量瓶(100mL )2只;
13mol L CH COONa -?溶液。
四、操作步骤
1.准确配制1mol L -?的NaOH 溶液和325CH COOC H 溶液。调节恒温槽温度至25℃,调试好电导仪。将电导池(如图8-1)及1mol L -?的NaOH 溶液和325CH COOC H 溶液浸入恒温槽中恒温待用。
2.分别取适量1mol L -?的NaOH 溶液和3CH COONa 溶液注入干燥的比色管中,插入电极,溶液面必须浸没铂黑电极,置于恒温槽中恒温15分钟,待其恒温后测其电导,分别为0G 和G ∞值,记下数据。
3.取mL 1mol L -?的325CH COOC H 溶液和mL 1mol L -?的NaOH 溶液,分别注入双叉管的两个叉管中(注意勿使二溶液混合),插入电极并置于恒温槽中恒温10分钟。然后摇动双叉管,使两种溶液均匀混合并导入装有电极一侧的叉管之中,同时开动停表,作为反应的起始时间。从计时开始,在第5、10、15、20、25、30、40、50、60分钟各测一次电导值。
4.在30℃下按上述三步骤进行实验。
五、数据记录和处理
将测得数据记录于下表:
、
室温:℃大气压:==
25℃30℃
单位:×104单位:×104
【
0//0/
55?
1010
15"
15
2020
25\ 25
3030
40& 40
'
说明:其中温度为30℃时的实验数据为我小组所测,25℃时的数据是参考其他小组多得。
1.利用表中数据以对作图求两温度下的。
25℃时的—图
30℃时的—图
2.利用所作之图求两温度下的,并与测量所得之进行比较。
25℃:测量的=作图所得=
30℃:测量的=作图所得=
可以看出作图所求的两温度下的比测量值小一些,说明可能是测量时间太短,反应不完全所造成的,再就是可能数据处理存在着误差,使得结果偏小。
,
3.求此反应在25℃和35℃时的半衰期值。
由图象法可以求出半衰期分别为:25℃: 30℃:
4.计算此反应的活化能
。
六、注意事项
1.注意每次测量之前都应该校正。
2.选择合适的量程,使得读取的数值在10~100之间。
3.进行实验时,溶液面必须浸没电极,实验完毕,一定要用蒸馏水把电极冲洗干净并放入去离子水中。
七、思考题
1.为什么以1mol L -?的NaOH 溶液和1mol L -?的3CH COONa 溶液测得的电导,就可以认为是0G 和G ∞。
答:因为它们是强电解质,在稀溶液中,每种强电解质的电导率与其浓度成正比,而且溶液的总电导率就等于组成溶液的电解质的电导率之和。
2.为什么本实验要在恒温条件下进行而且NaOH 溶液和325CH COOC H 溶液在混合前还要预先恒温
答:不同温度条件下所得速率常数不一样。保证温度的均一性,使得所测速率常数更加准确。
3.如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应
答:1()
x
k t a a x =?- (8-3)
由实验测的不同t 时的x 值,则可根据式(8-3)计算出不同t 时的k 值。如果k 值为常数,就可证明反应是二级的。通常是作
()
x
a x -对t 图,如果所的是直线,也可证明反应是二级
反应,并可从直线的斜率求出k 值。