实验16 乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定

一、实验目的

1. 了解测定化学反应速率常数的一种物理方法—电导法。

2. 了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应速率常数。

3. 掌握DDS―11C型电导率仪的使用方法。

二、实验原理

    乙酸乙酯皂化反应：CH­₃COOC₂H₅＋Na⁺＋OH ^ˉ  → CH₃COO^ˉ ＋Na⁺＋C₂H₅OH

它是二级反应，其速率方程式可表示为：          

式中： x为时间t时产物的浓度，a、b分别为乙酸乙酯、氢氧化钠的初始浓度，k为反应的速率常数。

若A和B两物质初始浓度相同，即a=b，积分得：      

以对 t作图，若所得为一条直线，则证明是二级反应，并可以从直线的斜率求出k 。

乙酸乙酯皂化反应中，导电离子有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^－逐渐被电导能力弱的CH₃COO^－所取代，致使溶液的电导逐渐减小，因此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（或产物）浓度随时间变化的目的。

因此，对乙酸乙酯反应来说，反应物与产物只有NaOH与NaAc是强电解质，若在稀溶液反应，则有：

初始时溶液的电导率     

t=(反应完毕)时溶液的电导率   

时间t时溶液的总电导率 

B₁ 、B₂是与温度、电解质性质、溶剂等因素有关的比例常数；为；为；为。由此三式可得：                    

将其代入上面速率方程式得：

                                            

重新排列得：      

                        

因此，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，然后以对作图为一直线即为二级反应，由直线的斜率即可求出反应速率常数k，再由两个不同温度下测得的速度常数k(T₁)、k(T₂)，求出该反应的活化能。不同温度下的速率常数k (T₁)和k (T₂)，按阿仑尼乌斯公式可以计算出该反应的活化能Ea：

                                  

三、实验步骤

1. 恒温水浴的调节

本实验测定两个温度下的速率常数，恒温水浴的温度分别调节至（25.0±0.2）℃ 、（35.0±0.2）℃。调温操作在温度控制器面板上，升温过程需注意温控器显示温度与水浴槽中温度计显示温度的差异，应以温度计读数为准。

2. 电导率仪的调节

电导率仪的校正：首先打开电导率仪电源开关，使其预热5min左右，将电极插入蒸馏水中，将温度旋钮旋至室温读数，并检查常数旋钮刻线是否与该电极的电导池常数一致，旋转量程选择档至×10³档，将测量/校正按键按至校正一端，旋转调整旋钮，使指针指向满刻度处。

电导率的测定：校正后，将电极从蒸馏水中取出，用滤纸吸干电极外表的水，将电极插入已经恒温好的溶液中，检查电极极板全部没入溶液中，将测量/校正按键按至测量一端，待指针稳定，读取数据。

3. 溶液起始电导率的测定

用移液管吸取25m1 0.02mol/dm³氢氧化钠溶液移入一洁净、干燥的锥形瓶中，移取25m1电导水稀释一倍，（稀释原因？）盖上胶皮塞（防止空气中的CO₂溶入溶液改变NaOH浓度），混合均匀，置于恒温水浴中恒温10min。

    将电导电极用蒸馏水洗净，用滤纸吸干表面水滴，然后插入已恒温的NaOH稀溶液中，测定其电导率，测后的溶液盖上胶皮塞留作后面使用。

4. 溶液的测定

另取两个锥形瓶，用移液管分别吸取25ml 0.02mol/dm³的Na0H溶液和25ml 0.02mol/ dm³的乙酸乙酯溶液分别移入瓶中，盖好胶塞，放入恒温水浴中恒温10min。然后迅速将乙酸乙酯溶液倒入盛有氢氧化钠溶液的锥形瓶中，（可否将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯溶液的锥形瓶中？）在恒温条件下混合并摇匀溶液，同时开始记时（此时注意盖好胶皮塞，以防空气中的CO₂溶入溶液对反应产生干扰），之后把已经校正、洗干净的电导电极插入到溶液中，当反应进行6min时测电导率一次，并在8min、10min、12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min、28min、30min时各测电导率一次，记录电导率及时间t。

5. 另一温度下和的测定

调节恒温槽的温度为（35.0±0.2）℃，用第3步留下的溶液测定，然后另配溶液按步骤4测定。但在测定时是按反应进行到4min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min、28min、30min时测其电导率。

实验结束后，将电导电极用蒸馏水洗净，插入装有蒸馏水的锥形瓶中保存，同时将用过的锥形瓶用蒸馏水洗净，倒扣在桌面上。

四、实验注意事项：

1．恒温温度以水浴槽中温度计读数为准；

2. 用滤纸吸干电极外表的水份时，注意不要将滤纸插入电导池的金属极板之间，以防损伤极板。

3. 将电极插入溶液中测定前一定检查电极极板要全部没入溶液中，否则会影响电导率数值。

4. 读取溶液电导率时，需注意电导率数值与反应时间一一对应好。

5. 测定两个温度下的电导率时，溶液可重复使用，溶液必须重新配制。

3．计算乙酸乙酯皂化反应的活化能Ea

六、思考题

(1) 如果乙酸乙酯与氢氧化钠起始浓度不同，应如何计算值?

CH­₃COOC₂H₅ ＋ NaOH  →  CH₃COONa  ＋ C₂H₅OH

t = 0         a            b            0            0

t = t        a-x           b-x           x             x

其速率方程式可表示为：

                                                     

 当a≠b，积分，

积分式：           

以对 t作图，从直线的斜率求出k。

 (2) 如果乙酸乙酯和氢氧化钠溶液为浓溶液，能否用此法求值?

不能.

因为只有在稀溶液中电导率与浓度呈线性关系。

 

第二篇：13 问题 实验八十二 电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

实验八十二  电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

预习提问

1、简述电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数的实验原理。

2、书上要测的是溶液的电导值，而我们测定的是溶液的电导率值，对结果有无影响？

3、实验中，初始浓度过大或过小，对实验有何影响？

4、可否将NaOH溶液稀释一倍后测得的电导率值作为皂化反应的初始电导率？为什么？

5、如何测得乙酸乙酯皂化反应的活化能？

思考题

1. 简述电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数的实验原理。

2. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，初始浓度过大或过小，对实验有何影响？

3. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，可否将NaOH溶液稀释一倍后测得的电导率值作为皂化反应的初始电导率？为什么？

4. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，书上要测的是溶液的电导值，而我们测定的是溶液的电导率值，对结果有无影响？

5. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，乙酸乙酯和NaOH溶液在混合前为何要预先恒温？

6. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应是二级反应？

7. 乙酸乙酯皂化反应是二级反应，也就是双分子反应，这种说法是否正确，为什么？

8. 在电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实验中，如何测得乙酸乙酯皂化反应的活化能？

9. 反应分子数和反应级数是两个充全不同的概念，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？

10. 乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好结果？

11. 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CH₃COOC₂H₅溶液为浓溶液时，能否用此法求反应的速率常数，为什么?

书后思考题

（1）反应分子数和反应级数是两个充全不同的概念，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？

（2）乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好结果？

（3）如果NaOH和CH₃COOC₂H₅溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么?