实验七乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
一、目的及要求
1、测定皂化反应中电导的变化,计算反应速率常数。
2、了解二级反应的特点,学会用图解法求二级反应的速率常数。
3、熟悉电导率仪的使用。
二、原理
乙酸乙酯的皂化反应为二级反应:
CH3COOC2H5+NaOH=CH3COONa+C2H5OH
在这个实验中,将CH3COOC2H5和NaOH采用相同的浓度,设a为起始浓度,同时设反应时间为t时,反应所生成的CH3COONa和C2H5OH的浓度为x,那么CH3COOC2H5和NaOH的浓度为(a-x),即
CH3COOC2H5+NaOH= CH3COONa+ C2H5OH
t=0时, a a 0 0
t=t时, a-x a-x x x
t→∞时, 0 0 a a
其反应速度的表达式为:
dx/dt=k(a-x)2
k—反应速率常数,将上式积分,可得
kt=x/[a(a-x)] *
乙酸乙酯皂化反应的全部过程是在稀溶液中进行的,可以认为生成的CH3COONa是全部电离的,因此对体系电导值有影响的有Na+、OH-和CH3COO-,而Na+、在反应的过程中浓度保持不变,因此其电导值不发生改变,可以不考虑,而OH-的减少量和CH3COO-的增加量又恰好相等,又因为OH-的导电能力要大于CH3COO-的导电能力,所以体系的电导值随着反应的进行是减少的,并且减少的量与CH3COO-的浓度成正比,设L0—反应开始时体系的电导值,L∞—反应完全结束时体系的电导值,Lt—反应时间为t时体系的电导值,则有
t=t时, x=k'(L0-Lt)
t→∞时, a=k'(L0-L∞)
k'为比例系数。
代入*式得
Lt=1/ka×[(L0-Lt)/t]+ L∞
以Lt对(L0-Lt)/t作图,得一直线,其斜率为1/ka,由此求得k值。
三、实验仪器和试剂
恒温水浴一套,电导率仪一台,秒表一只,羊角型电导池一支,移液管一支,试管一只,移液管(10mL)二只,移液管(2mL带刻度)一只,容量瓶(50mL)一只,容量瓶(1000mL)一只,0.1mol NaOH溶液,乙酸乙酯(A.R)分子量88.11,密度0.9002L/ml)。
K1:电源开关 K4:校正调节 K7:电极常数调节
K2:高周、低周开关 K5 :量程选择开关 C1:电极插口
K3:校正、测量开关 K6:电容补偿调节 C2:10毫伏输出
四、实验步骤
1. 溶液的配制
1. 1氢氧化钠溶液的配制
用移液管吸取10 mL NaOH标准溶液于50mL容量瓶中稀释至刻度,摇匀。
1. 2乙酸乙酯的配制(4组配1瓶)
乙酸乙酯的毫升数=[(NaOH标准溶液浓度/5)×88.11]/0.9
先取500mL蒸馏水加入1000mL容量瓶中,加入计算所得的乙酸乙酯的毫升数,加水稀释至刻度摇匀。
2. 将恒温槽的温度调至25℃
2.1 打开恒温槽电源,看设定温度的黄字如果是25℃可不调,直接打开电源即可(如果不是25℃按功能键,使红色数字变成SP,这时按△升温,▽降温键,使黄字变为25.00)。然后按功能键使其显示温度。
3. L0的测定
用移液管量取NaOH和蒸馏水各10mL加入试管中,置于恒温槽中恒温。待恒温10分钟测电导率。
测定方法:
打开数显电导率仪,仪器自动显示标准。将电极插入试管中,将温度补偿调至25℃。将电导池常数调到对应位置(如常数为0.98,常数调为9.8)。按动“标准/测量”键,进行测量,此时电导率仪显示数字就是L0的值(用蒸馏水冲洗电极后擦干备用)。
4. Lt的测定
将10mLNaOH和10mL乙酸乙酯分别加入羊角型电导池中(两种溶液不能混合)。恒温十分钟后将两种溶液混合,同时用秒表记录下反应时间。并在两管中混合3次。把电极插入立管中,并在2、4、6、9、12、15、20、25、30、40、50、60分钟读取电导率Lt。12组数读完后关闭恒温槽电源,关闭电导率仪。实验结束。
实验完毕后,洗净电导池。用蒸馏水淋洗电导电极,并用蒸馏水浸泡好。
五、数据处理
1、将t、Lt、L0-Lt及(L0-Lt)/t等数据列于下表:
实验温度:25℃ 气压:98.39kPa L0:1.934 ms/cm
2、以Lt对(L0-Lt)/t作图,由所得直线斜率,求出反应速率常数k。
随手盖上瓶塞殊为重要。
4、乙酸乙酯溶液要重新配制,因放置过久,能自行缓慢水解而影响结果。
七、思考题
1、若需测定L∞值,可如何进行?
答:干燥大试管中加入约5毫升0.01 mol·dm-3 乙酸钠,恒温后(约15分钟)读数。
2、若欲计算本反应的活化能,作何种测定?
答:若由实验求得两个不同温度下得速率常数k,则可利用公式:
计算出反应的活化能E。
不同温度下乙酸乙酯皂化反应速率常数文献值
物 理 化 学 实 验 报 告
实 验 名 称:乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定
学 院: 化学工程学院
专 业: 化学工程与工艺
班 级: 化工09-1
姓 名:
学 号:
指 导 教 师: 胡敏杰 陈斌
日 期: 20##年5月26日
一、实验目的
1、了解用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率系数和活化能。
2、了解二级反应的特点,学会用图解法求二级反应的速率系数。
3、掌握电导率仪的使用方法。
二、实验原理
1、二级反应的动力学方程
A + B→产物
t=0 a a
t=t a-x a-x
-dcA/dt = -d(a-x)/dt = dx/dt = k(a-x) 2
定积分得: k=x/[ta(a-x)] ①
以x/(a-x)~t作图若所得为直线,证明是二级反应,并从直线的斜率求k。
如果知道不同温度下的速率常数k(T1)和k(T2),按阿仑乌斯方程计算出该反应的活化能Ea
Ea=ln k(T1)/ k(T2)*R[T1 T2 / (T2 -T1 )] ②
2、乙酸乙酯皂化反应是二级反应,反应式:
CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
t=0 a a 0 0
t=t a-x a-x x x
t=∞ 0 0 a a
反应前后CH3COOC2H5和C2H5OH对电导率的影响不大,可忽略,故反应前只考虑NaOH的电大率κ,反应后只考虑CH3COONa的电导率κ。对稀溶液而言,强电解质的电导率κ与其浓度成正比,而且溶液的总电导率就等于组成该溶液的电解质电导率之和。
有一下关系:
κ0=A1*a κ∞=A2*a κt= A1*(a-x)+ A2*x
有三式得:x=[(κ0-κt)/(κ0-κ∞)]*a,将其代入①中
得 k=[(κ0-κt)/(κ0-κ∞)ta]
重新排列得: κt =(κ0-κt)/kta+κ∞
因此,以κt ~(κ0-κt)/t作图为一直线即为二级反应,并从直线的斜率求出κ。
三、实验仪器、试剂
仪器:数学电导率仪(附电极)1台,恒温水槽1套,秒表1只。叉形电导管2只,移液管(10ml,胖肚)3根
试剂:乙酸乙酯标准溶液(0.02120mol/dm3),NaOH标准溶液(0.02120mol/dm3)
四、实验步骤
1、调节恒温槽
调节恒温槽温度25℃。同时电导率仪提前打开预热。
2、κ0的测定:
分别取10ml蒸馏水和10ml NaOH标准溶液加到洁净。干燥的叉形管仲裁充分混匀,置于恒温槽中恒温5min。用数学电导率仪测定已恒温好的NaOH标准溶液的电导率κ0
3、κt的测定:叉形管10ml CH3COOC2H5标准溶液,侧支管中加10mlNaOH标准溶导率一次,记录电导率κt及时间t。
4、调节恒温槽温度35℃,重复上述步骤测定其κ0和κt,但在测定κt时是按反应进行4min,6 min,8min,10 min,12min,15 min,18min,21 min,24 min,27 min,30 min时测其电导率。
五、数据记录与处理
室温: 27.1 ℃ 大气压: 100.40 Kpa
初始浓度:C CH3COOC2H5= 0.0212 mol/dm3 C NaOH= 0.0212 mol/dm3
⑴ 25℃时,电导率随时间的变化μS·cm-1·min-1
电导率随时间的变化 (25℃,κ0= 2391.20 μS·cm-1)
图1
由图1得:该直线斜率k=14.97
则κ(T1)=k/a=14.97/(0.0212/2)=1412.0 mol /( min·dm3)
⑵ 35℃时,电导率随时间的变化 电导率随时间的变化 (35℃,κ0= 2646 μS/cm)
由图得:该直线斜率k=13.9,则κ(T2)=k/a=13.9/0.0212=655.66mol /( min·dm3)
(3)活化能的计算
Ea=ln k(T1)/ k(T2)·R[T1 T2 / (T2 -T1 )]
=ln(1412 /655.66)×8.314×[298.15×308.15 / (308.15-298.15) ]
=58.56KJ/mol
六、结果讨论
1.乙酸乙酯皂化反应系吸热反应,混合后体系温度降低,所以在混合后的起始几分钟内所测溶液的电导率偏低,因此最好在反应4min~6min后开始,否则,由作图得到的是一抛物线,而不是直线。
2.求反应速率的方法很多,归纳起来有化学分析法及物理化学分析法两类。化学分析法是在一定时间取出一部分试样,使用骤冷或取去催化剂等方法使反应停止,然后进行分析,直接求出浓度。这种方法虽设备简单,但是时间长,比较麻烦。物理化学分析法有旋光、折光、电导、分光光度等方法,根据不同情况可用不同仪器。这些方法的优点是实验时间短,速度快,可不中断反应,而且还可采用自动化的装置。但是需一定的仪器设备,并只能得出间接的数据,有时往往会因某些杂质的存在而产生较大的误差。
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