1、实验九 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定1 前言1.1 实验目的测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数。1.2 实验内容在 30时，用电导率仪先测定 40ml0.0 1molL-1 的 NaOH 溶液的电导率，然后将 20ml 0.02molL-1 的 NaOH 溶液与 20ml 0.02molL-1 的乙酸乙酯溶液混合，测定其电导率随时间的变化关系；然后将实验温度升高到 37，重复上述实验。1.3 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2x-a）（kdt（1）式中：x为t时刻生成物的浓度。式（1）定积分得：)(xatk（2）以 对t作图，若所得为
2、直线，证明是二级反应。并可以从直线的斜率xa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）2lnRTEdka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(T 1)和k(T 2)后可以按式（3）计算反应的活化能Ea。（4）121)(lnTRkEa乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为： OHCHOCH523523 反应系统中，OH -电导率大，CH 3COO-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CH 3COO-所取代，溶液电导率有
3、显著降低。对于稀溶液，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）aA10（6）2（7）xt1)(式中：A 1，A 2分别是与温度、电解质性质和溶剂等因素有关的比例常数；0、 t、 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axt0(8)代入式(2)并整理，得takt01（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tt0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(T 2)，可以求出反应的活化能Ea。由于溶液中的
4、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。2 实验方法2.1 实验仪器和试剂仪器 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。2.2 实验步骤1) 仪器准备：接通电导率仪的电源，校正电导率仪，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
5、酸乙酯溶液 100mL。乙酸乙酯密度与温度的关系式=924.54-1.168t-1.9510-3t2 （10）其中 、t 的单位分别为 kg/m3 和（需要乙酸乙酯约 0.1762g） 。已知室温等于 23.8，计算得需要 0.197ml 乙酸乙酯。3) 的测量。将恒温水浴调至 30，用移液管吸取 20mL0.200mol/L 的 NaOH0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。4) 的测定。将洁净干燥的双管反应器置于恒温
6、水浴中，有移液管取 20mL t0.200mol/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 20mL 0.200mol/LNaOH 溶液放入细管，恒温约 5min。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。5) 重复以上步骤，测定 37时反应的 与 。0t3 结果与讨论由实验室仪器读出室温为 23.8，大气压为 103.09kPa。表 1，表 2 中的第二列由记录仪采集，可见附图（ -t 关系图）上的数据。第一列
7、时间并非直接t由记录仪采集的数据读出，而是在 -t 关系图上找出最高点，记下最高点对应t的时间，之后将各数据点对应的时间减去最高点对应的时间即为表中第一列 t。第三列中的 同样由记录仪采集，见附图（ 的测量） ，得 30时， =6.91000格，37时， =7.45 格。注：附图分别为 30时 的测量图、37时 的测量图、30时 -t 关系00t图、37时 -t 关系图。t表 1 乙酸乙酯皂化反应动力学实验数据记录（30）时间 t/min 格子数 /格t（ ）/ t00 6.852.13 6.23 0.2910803.20 5.98 0.2718754.02 5.81 0.2587064.82
8、 5.65 0.2489635.45 5.54 0.2403676.15 5.43 0.2308946.83 5.33 0.2225487.63 5.22 0.2136308.40 5.12 0.2059529.50 4.99 0.19578910.2 4.92 0.18921610.5 4.84 0.18272710.9 4.79 0.177586以表 1 中的第二列对第三列作图，得图 1。y = 11.248x + 2.7335R2 = 0.9984.154.655.155.656.156.650.15 0.2 0.25 0.3 0.35（ k0kt） / tkt/格图 1 30.00时
9、（ ）/ t 图线t0由图 1 知，实验的线性拟合较好，该反应为二级反应。由公式(9)得，图 1中直线的斜率为 ，在该实验中，a=0.01mol/L，所以Ca30k查阅文献得，30时。）（ -1-130 minolL 890.mol/in .248/1k Ck=8.7916mol-1min-1，相对误差 E=1.1%。表 2 乙酸乙酯皂化反应动力学实验数据记录（37）时间 t/min 格子数 /格t（ ）/ t00 7.490.90 7.11 0.4777781.35 6.91 0.4666672.53 6.46 0.4268773.67 6.09 0.3950955.03 5.76 0.35
10、38777.08 5.38 0.3050858.40 5.18 0.28095210.2 4.95 0.25392211.8 4.77 0.23474613.2 4.66 0.21818214.5 4.55 0.20620716.0 4.45 0.19312517.4 4.37 0.18218418.7 4.29 0.17379720.3 4.22 0.16354721.2 4.17 0.158962y = 7.8394x + 2.8913R2 = 0.997444.555.566.577.50.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5（ k0-kt） /tkt/格图
11、 2 37.00时 （ ）/ t 图线t以表 2 中的第二列对第三列作图，得图 2。同样由公式(9)得，图 2 中直线的斜率为 ，a=0.01mol/L，所以Ca37k1查阅文献得，37时。）（ -1-137 minolL 96.0.mol/in 894./1k Ck=13.4721mol-1min-1，相对误差 E=3.8%。由公式（4）计算，该反应的表观活化能 Ea = ln（12.96/8.89）8.314303.15310.15/（310.15-303.15）/1000= 43.6KJmol-1，查阅文献得，Ea =46.1KJmol -1，相对误差 E=5.4%。4 结论乙酸乙酯皂化反应的速率常数： ，文献值为-1-30minolL 89.kC8.7916mol-1min-1，相对误差 E=1.1%。 ，文献-7 il 6.12值为 13.4721mol-1min-1，相对误差 E=3.8%。表观活化能 Ea= 43.6KJmol-1，文献值为 46.1KJmol-1，相对误差 E=5.4%。参考文献：【1】 浙江大学化学系.2005.中级化学实验.第一版.北京:科学出版社
