1、 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定的实验研究1.前言乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，受到温度、盐效应、磁盐相应（包括微波、超声波、磁铁磁场等效应）的影响。目前，温度对皂化反应的影响在文献中多有报导，但是，盐效应和超声波效应对皂化反应的影响却鲜见于文献。测定反应速率常数的方法有 PH酸度法、折光仪/旋光度测定法、分光光度计测定法、电导法、液相色法等。本次实验研究采用电导法和 pH 酸度法对乙酸乙酯皂化反应进行测定。2.研究部分2.1 仪器与试剂仪器：DDS-307 型电导率仪（上海精密仪器制造厂）PH211 型台式酸度计（HANNA 公司）SK5200LH 型超声波清洗器（上海科导超声仪器有限
2、公司）DF-02 恒温水槽（南京舫奥科技有限公司）试剂：乙酸乙酯（分析纯） ；氢氧化钠（分析纯） ；蒸馏水（分析纯)；0.1mol/L 的 NaCl 溶液2.2 实验方法2.2.1 电导法【1】原理：乙酸乙酯皂化反应方程为 CH3COOC2H5+OHCH3COO+C2H5OH，OH电导率大，CH 3COO电导率小，在反应过程中，溶液电导率显著下降，对稀溶液而言，强电解质的电导率 L 与其浓度成正比，电导率仪器易跟踪。 Lt=(Lo-Lt)/t(ak)+L，作 Lt(Lo-Lt)/t 图，由斜率可求出 k。Lo 和 L分别为反应开始和终了时的总电导率。步骤：将恒温槽恒温至 250.1。将等量蒸馏
3、水和氢氧化钠混合，恒温 10 分钟，用电导电极测 Lo。将等量乙酸乙酯和氢氧化钠分别恒温 10 分钟，迅速混合计时，第 6 分钟时开始测 Lt，共测 10 次。根据 Lo 和 Lt，画图，得斜率，求出 k。将恒温槽恒温至300.1，重复上述步骤。2.2.2 pH 酸度法【1】原理：pH 酸度法通过反应过程中溶液酸度的变化求得。Kt=x/a(a-x)=1/（a-x）-1/a，因此得 1/(a-x)=kt+1/a，即 1/CoH=kt+1/a，因为 pOH+pH=14，所以 pOH=-lgCoH=10(14-pH)，因此 10（14-pH）=kt+1/a，由斜率可求出 k。步骤：将恒温槽恒温至 2
4、50.1。将等量乙酸乙酯和氢氧化钠分别恒温 10 分钟，迅速混合计时，第 6 分钟时开始测 pH，共测 10 次。根据 pH 值，画图得出斜率，求出 k。2.3 乙酸乙酯皂化反应常数影响因素研究2.3.1 盐效应对乙酸乙酯皂化反应影响2.3.1.1 加入 2ml 氯化钠对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究将恒温槽于 30下恒温，分别移取 15ml 蒸馏水，氯化钠溶液 2ml 和 15ml 氢氧化钠溶液于叉形管中恒温 10min，用电导电极测其电导率 L。 。另取两只叉形管，一只加入 15ml 的氢氧化钠和 2ml 氯化钠溶液，另一只 15ml 的乙酸乙酯，在恒温槽中恒温 10min 后，将氢氧化钠
5、和氯化钠的混合液倒入乙酸乙酯中迅速混合，同时开启停表开始计时，混合均匀后，将电导电极插入叉形管中等至 4、6、8、10、12、15、18、21、25、29min 时分别测量其电导率，记录数据和相应的时间。平行操作一次。计算乙酸乙酯的反应速率常数。2.3.1.2 加入 4ml 氯化钠对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究将恒温槽于 30下恒温，分别移取 15ml 蒸馏水，氯化钠溶液 4ml 和 15ml 氢氧化钠溶液于叉形管中恒温 10min，用电导电极测其电导率 L。 。另取两只叉形管，一只加入 15ml 的氢氧化钠和 4ml 氯化钠溶液，另一只 15ml 的乙酸乙酯，在恒温槽中恒温 10min 后
6、，将氢氧化钠和氯化钠的混合液倒入乙酸乙酯中迅速混合，同时开启停表开始计时，混合均匀后，将电导电极插入叉形管中等至 4、6、8、10、12、15、18、21、25、29min 时分别测量其电导率，记录数据和相应的时间。平行操作一次。计算乙酸乙酯的反应速率常数。2.3.2 超声波对乙酸乙酯皂化反应速率常数的影响2.3.2.1 70%的超声波对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究将恒温槽于 30下恒温，分别取 15ml 蒸馏水和 15ml 氢氧化钠溶液混合于叉形管中，在 70%的超声波下超声三分钟，然后移至恒温槽中恒温 10min，用电导电极测其电导率 L。 。另取两只叉形管，一只加入 15ml 的氢氧化
7、钠，另一只 15ml 的乙酸乙酯，同时在 70%的超声波下超声三分钟后，移至恒温槽中恒温 10min，将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯中迅速混合，同时开启停表开始计时，混合均匀后，将电导电极插入叉形管中等至4、6、8、10、12、15、18、21、25、29min 时分别测量其电导率，记录数据和相应的时间。平行操作一次。计算乙酸乙酯的反应速率常数。2.3.2.2 100%的超声波对乙酸乙酯反应速率常数的影响研究将恒温槽于 30下恒温，分别取 15ml 蒸馏水和 15ml 氢氧化钠溶液混合于叉形管中，在100%的超声波下超声三分钟，然后移至恒温槽中恒温 10min，用电导电极测其电导率 L。 。另取两
8、只叉形管，一只加入 15ml 的氢氧化钠，另一只 15ml 的乙酸乙酯，同时在 100%的超声波下超声三分钟后，移至恒温槽中恒温 10min，将氢氧化钠溶液倒入乙酸乙酯中迅速混合，同时开启停表开始计时，混合均匀后，将电导电极插入叉形管中等至4、6、8、10、12、15、18、21、25、29min 时分别测量其电导率，记录数据和相应的时间。平行操作一次。计算乙酸乙酯的反应速率常数。3 结果与讨论3.1 乙酸乙酯皂化反应速率常数测定方法的比较1）乙酸乙酯造化反应是吸热反应，混合后体系温度降低，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 4min6min 后开始，由 Lt（Lo-L
9、t）/t 作图得到一条直线。2）求反应速率的方法归纳起来有化学法和物理法两类。化学法直接测量，设备、操作简单，但是反应时间长，比较麻烦。物理法易跟踪，灵敏度高，实验时间短，速度快，不中断反应，还可采用自动化装置。但需一定的设备，只能得出间接地数据，有时会因某些杂质的存在而产生较大的误差。 【2】为寻求最佳测定方法，本实验采用电导法和 pH 酸度法测定。电导法测定结果见图 ad：pH 酸度法测定结果见图 14：25时，标准反应速率常数 k=6.32mol/Lmin30时，标准反应速率常数 k=8.61mol/Lmin【3】由图可知，用电导法测定温度 k 值/(mol/Lmin) 相对误差6.35
10、5 0.56%25 6.2811 0.62%8.253 4.10%30 8.4354 2.03%用 pH 酸度法测定温度 k 值/(mol/Lmin) 相对误差4.4725 29.23%25 5.2666 16.67%8.7100 1.16%30 8.6740 0.74%由以上数据可得，电导法测定的 k 值更加准确，所以接下来的实验采用电导法测定。3.2 乙酸乙酯反应速率常数影响因素的研究反应速率常数是反应物浓度为 1 mol/L 时的反应速度。由文献可知，反应速率常数受温度、盐效应、超声波效应等的影响。其中，受温度影响的研究显见与文献，受盐效应和超声波效应影响的研究却鲜见于文献。基于此，本实
11、验运用电导法对其进行研究。超声波效应对乙酸乙酯反应速率常数的影响见图 eh由上图可得，30，功率 100%时，不同频率下乙酸乙酯皂化反应速率常数 k 值见下表。功率 59kHz k=8.792 k=9.334功率 40kHz k=8.570 k=8.684与文献值比较可得到：超声波对乙酸乙酯造化反应速率常数有一定的影响，在超声波的作用下，化学反应速率常数偶一定的提高。理 论 研 究 表 明 ,在 振 幅 相 同 的 条 件 下 ,一 个 物 体振 动 的 能 量 与 振 动 频 率 成 正 比 ,超 声 波 在 介 质 中 传 播 时 ,介 质 质 点 振 动 的 频 率 很 高 ,因而 能
12、量 很 大 .【 4】 因 此 ， 待 测 的 分 子 比 较 活 跃 ， 能 够 促 进 反 应 的 进 行 。盐效应对乙酸乙酯反应速率常数的影响见图 14由上图可得，30时，加入不同容量的 NaCl 溶液后乙酸乙酯皂化反应速率常数 k 值见下表。2ml k=8.966 k=8.7754ml k=8.742 k=8.417可得出：盐效应对乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数有一定的影响，当盐效应离子浓度达到一定的高度时，由于溶液中离子总浓度增大，离子间相互牵制作用增强，使得弱电解质解离的阴、阳离子结合形成分子的机会减小，从而使弱电解质分子浓度减小，离子浓度相应增大，解离度增大【 5】 ，化学反应速
13、率增大，化学反应速率常数相应的也就变大了。4.小结经过实验证明，电导法测得的乙酸乙酯皂化反应速率常数比 pH 法测得的数值更接近真值，所以采用电导法测反应速率常数更准确。化 学 反 应 速 率 受 到 很 多 方 面 的 影 响 ， 通 过 电 导 法 来 进 行 的 实 验 可 以 得 到 盐 效 应 和 超 声 波对 化 学 反 应 速 率 都 有 一 定 的 影 响 ， 都 能 够 促 化 学 反 应 的 进 行 。【1】胡英主编 吕瑞东，刘国杰，黑恩成编 物理化学（第五版） 高等教育出版社 2008 年 4 月【2】周鲁主编 物理化学教程（第二版） 科学出版社 2006 年 8 月【
14、3】 物 理 化 学 实 验 第 二 版 孙 尔 康 高 卫 徐 维 清 易 敏 编 南 京 大 学 出 版 社 2010年 12 月 第 一 版 第 64 页 【 4】 物 理 化 学 实 验 第 二 版 孙 尔 康 高 卫 徐 维 清 易 敏 编 南 京 大 学 出 版 社 2010年 12 月 第 一 版 第 67 页 【5】罗孝良，戴元声编译 化学反应速度常数手册四川科学技术出版社 1985 年 3 月摘 要为 了 研 究 化 学 反 应 速 率 常 数 的 影 响 因 素 ， 我 们 分 别 采 用 电 导 法 和 酸 度 法 来 测 定 乙 酸 乙 酯皂 化 反 应 速 率 常 数 ， 来 选 择 最 佳 的 测 量 方 法 。 通 过 最 佳 的 测 量 方 法 来 测 定 盐 效 应 和 超 声波 是 否 对 其 反 应 速 率 产 生 影 响 ， 来 研 究 哪 些 因 素 会 对 其 反 应 速 率 有 影 响 。关 键 词乙 酸 乙 酯 、 电 导 法 、 酸 度 法 、 盐 效 应 、 超 声 波 、 反 应 速 率 常 数 。
