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：

设在时间时生成浓度为，则该反应的动力学方程式为

 （8-1）

式中，，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

 （8-2）

积分上式得：  （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）溶液中离子的电导率比离子（即）的电导率要大很多。因此，随着反应的进行，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和是强电解质，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

式中：，是与温度、溶剂、电解质和的性质有关的比例常数；，分别为反应开始和终了是溶液的总电导率；为时间t时溶液的总电导率。由此三式可以得到：

 （8-4）

若乙酸乙酯与的起始浓度相等，将（8-4）式代入（8-3）式得：

 （8-5）

由上式变换为：

 （8-6）

作图，由直线的斜率可求k值，即

，由（8-3）式可知，本反应的半衰期为：

 （8-7）

可见，两反应物起始浓度相同的二级反应，其半衰期与起始浓度成反比，由（8-7）式可知，此处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，则可利用公式（8-8）计算出反应的活化能。

 （8-8）

三、仪器和试剂

四、操作步骤

1．准确配制0.02的溶液和溶液。调节恒温槽温度至25℃，调试好电导仪。将电导池（如图8-1）及0.02的溶液和溶液浸入恒温槽中恒温待用。

2．分别取适量0.01的溶液和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，分别为和值，记下数据。

3．取200.02的溶液和200.02的溶液，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：18.6℃ 大气压：721.5  =0.01 =0.02  

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=0.1964 作图所得=0.1743

30℃：测量的=0.1850 作图所得=0.1638

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0.01的溶液和0.01的溶液测得的电导，就可以认为是和。

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？而且溶液和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： （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。

第二篇：乙酸乙酯皂化反应 教案

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 → CH3COOˉ ＋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。

五、数据记录与处理

1．第一个温度下的速率常数的测定

溶液中NaOH浓度__0.01__mo1/dm3； 乙酸乙酯浓度_0.01__ mol/ dm3；

反应温度__25.0__ºC； __0.243 S·m-1。

表16.1 记录数据表

则速率常数 

2．第二个温度下的速率常数的测定

溶液中NaOH浓度__0.01__mo1/dm3； 乙酸乙酯浓度_0.01__ mol/ dm3；

反应温度__35.0__ºC； __0.281 S·m-1。

表16.2 记录数据表

则速率常数 

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 → CH3COO Na ＋ 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。