实验报告

课程名称：       大学化学实验（P）       指导老师：        成绩：______   _________

实验名称：乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定 实验类型：  物性测试    同组学生姓名：    无     

【实验目的】

1.         学习测定化学反应动力学参数的一种物理化学分析方法——电导法。

2.         学习反应动力学参数的求解方法，加深理解反应动力学的特征。

3.         进一步认识电导测定的应用，熟练掌握电导率仪的使用。

【实验原理】

       对于二级反应

A + B → 产物

如果A，B两物质起始浓度相同，均为a，则反应速率的表示式为

                                  （1）

式中：x为t时刻生成物的浓度。式（1）定积分得：

                                           （2）

       以 对t作图，若所得为直线，证明是二级反应。并可以从直线的斜率求出k。所以在反应进行过程中，只要能够测出反应物或生成物的浓度，即可求得该反应的速率常数k。

       温度对化学反应速率的影响常用阿伦尼乌斯方程描述

                                   （3）

式中：Ea为反应的活化能。假定活化能是常数，测定了两个不同温度下的速率常数k(T1)和k(T2)后可以按式（3）计算反应的活化能Ea。

                               （4）

    乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为：

反应系统中，OH-电导率大，CH3COO-电导率小。所以，随着反应进行，电导率大的OH-逐渐为电导率小的CH3COO-所取代，溶液电导率有显著降低。对于稀溶液，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。若乙酸乙酯皂化反应在稀溶液中进行，则存在如下关系式：

                                        （5）

                                        （6）

                                  （7）

式中：A1，A2分别是与温度、电解质性质和溶剂等因素有关的比例常数；κ0、κt、κ∞分别为反应开始、反应时间为t和反应终了时溶液的总电导率。

    由式（5）—式（7），得

                                     （8）

代入式(2)并整理，得

                                （9）

    因此，以对作图为一直线即说明该反应为二级反应，且由直线的斜率可求得速率系数k；由两个不同温度下测得的速率系数k (T1)与k(T2)，可以求出反应的活化能Ea。由于溶液中的化学反应实际上非常复杂，如上所测定和计算的是表观活化能。

【试剂与仪器】

仪器  DDS-llA型电导率仪1台；自动平衡记录仪1台；恒温水浴1套；DJS-1型电导电极1支；双管反应器2只、大试管1只；100mL容量瓶1个；20mL移液管3支；0.2mL刻度移液管1支。

   试剂  0.0200mol/L的NaOH溶液；乙酸乙酯（AR）；新鲜去离子水或蒸馏水。

【实验步骤】

1.       仪器准备：学会电导率仪的使用和读数方法，正确选择其量程，并将电导率仪的记录输出与记录仪相连。

2.       配制乙酸乙酯溶液：用容量瓶配制0.0200mol/L的乙酸乙酯溶液100mL。乙酸乙酯密度与温度的关系式

ρ=924.54-1.168t-1.95×10-3t2                            （10）

其中ρ、t的单位分别为kg/m3和℃。（需要乙酸乙酯约0.1762g）

3.       测量

（1）的测量。将恒温水浴调至30℃，用移液管吸取20mL0.200mol/L的NaOH溶液装入干净的大试管中再加入20mLH2O，将电导电极套上塞子，电极经去离子水冲洗并用滤纸吸干后插入大试管中，大试管放入恒温水浴恒温约10min，将电导率仪的“校正测量”开关扳到“测量”位置，记录仪开始记录。

（2）的测定。将洁净干燥的双管反应器置于恒温水浴中，有移液管取20mL0.200mol/L乙酸乙酯溶液，放入粗管。将电极用电导水认真冲洗3次，用滤纸小心吸干电极上的水，然后插入粗管，并塞好。用另一支移液管取20mL0.200mol/LNaOH溶液放入细管，恒温约10min。用洗耳球迅速反复抽压细管两次，将NaOH溶液尽快完全压入粗管，使溶液充分混合。记录仪必须在反应前开始记录，大约20min可以停止测量。

（3）重复以上步骤，测定40℃时反应的与。

【数据记录与处理】

室温：27.4℃，大气压：101.78kPa。

1.       30.00℃条件下反应速率系数的测定。

T1=30.00℃      =9.23格     =2.20×103μs/cm     a=0.01mol/L

表1  乙酸乙酯皂化反应动力学实验数据记录（30.00℃）

图1  30.00℃时 ~（—）/ t曲线

                  根据图1得到30.00℃以对作图斜率为11.559min-1

              即1/ak = 11.559min-1      k = 1 /（11.559 min-1×0.01mol/L）

                                   =8.65 L·mol-1·min-1

              因此，30℃乙酸乙酯皂化反应速率系数为8.65 L·mol-1·min-1

2.       40.00℃条件下反应速率系数的测定。

T2=40.00℃      =10.68格     =2.54×103μs/cm     a=0.01mol/L

表2  乙酸乙酯皂化反应动力学实验数据记录（40.00℃）

图2  40.00℃时 ~（—）/ t曲线

              根据图2得到40.00℃以对作图斜率为6.850min-1

              即1/ak = 6.850 min-1      k = 1 /（6.850 min-1×0.01mol/L）

                                  =14.60 L·mol-1·min-1

              因此，40℃乙酸乙酯皂化反应速率系数为14.60 L·mol-1·min-1

3.       乙酸乙酯皂化反应表观活化能的计算

k（303.15K）= 8.65 L·mol-1·min-1    k（313.15K）= 14.60 L·mol-1·min-1

 Ea = ln（14.60 / 8.65）×8.314×（313.15×303.15 / 10）

= 41315J·mol-1

=41.315kJ·mol-1

【分析与讨论】

1.       误差分析

实验中，可能产生误差的原因有：

（1）NaOH与乙酸乙酯混合不够迅速即使，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。

2.       实验中需要注意的问题分析

（1） 配制溶液时动作要迅速，放置乙酸乙酯的挥发。

（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。