乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)測定

1、實用標準乙酸乙酯皂化反應速率系數(shù)測定姓名：張騰 學號：2012011864 班級：化21同組人姓名:田雨禾實驗日期：2014年10月23日提交報告日期：2014年10月30日指導教師： 麻英1 引言 1.1 實驗目的（1）學習測定化學反應動力學參數(shù)的一種物理化學分析方法電導法。（2）了解二級反應的特點，學習反應動力學參數(shù)的求解方法，加深理解反應動力學特征。（3）進一步認識電導測定的應用，熟練掌握電導率儀的使用方法。1.2 實驗原理反應速率與反應物濃度的二次方成正比的反應為二級反應，其速率方程式可以表示為 （1）將（1）積分可得動力學方程： （2） （3）式中：c0為反應物的初始濃度；c為t時刻

2、反應物的濃度；k2為二級反應的反應速率常數(shù)。將1/c對t作圖應得到一條直線，直線的斜率即為k2。對于大多數(shù)反應，反應速率與溫度的關系可以用阿累經(jīng)驗方程式來表示： （4）式中：Ea烏斯活化能或反應活化能；A指前因子；k為速率常數(shù)。實驗中若測得兩個不同溫度下的速率常數(shù)，就很容易得到 （5）由（5）就可以求出活化能Ea。乙酸乙酯皂化反應是一個典型的二級反應，t=0時， 0 0t=t時， t=時， 0 0 設在時間t內生成物的濃度為x，則反應的動力學方程為 （6） （7）本實驗使用電導法測量皂化反應進程中電導率隨時間的變化。設0、t和分別代表時間為0、t和（反應完畢）時溶液的電導率，則在稀溶液中有：式

3、中A1和A2是與溫度、溶劑和電解質的性質有關的比例常數(shù)，由上面的三式可得 （8）將（8）式代入（7）式得： （9）整理上式得到 （10）以t對 (t-)t作圖可得一直線，直線的斜率為-k2c0，由此可以得到反應速率系數(shù)k2。 溶液中的電導（對應于某一電導池）與電導率成正比，因此以電導代替電導率，（10）式也成立。實驗中既可采用電導率儀，也可采用電導儀。2 實驗操作2.1 實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖儀器：計算機及接口一套（或其他電導數(shù)據(jù)記錄設備）；DDS-11A型電導率儀一臺；恒溫槽一套；混合反應器3個；電導管2個；20ml移液管2支；10ml移液管2支；0.2ml移液管1支；100ml

4、容量瓶1個；洗耳球一個。藥品：0.014191mol·L-3NaOH標準溶液；0.00750mol·L-3NaAc溶液（此濃度值為NaOH標準溶液的一半）；乙酸乙酯（AR）；新鮮去離子水或蒸餾水。本實驗的核心裝置為混合反應器，如下圖所示：圖1 混合反應器示意圖2.2 實驗條件實驗溫度：17.5 2.3 實驗操作步驟及方法要點2.3.1 配制乙酸乙酯溶液 配制100ml乙酸乙酯溶液，使其濃度與氫氧化鈉標準溶液相同。乙酸乙酯的密度根據(jù)下式計算： 根據(jù)環(huán)境溫度，求得乙酸乙酯的密度為903.50kg/m3，則需要乙酸乙酯的體積為：V=CNaOHVNaOHM=0.14535ml 配制

5、方法如下：在100ml容量瓶中裝2/3體積的水，用0.2ml刻度移液管吸取0.145ml乙酸乙酯，滴入容量瓶中，加水至刻度，混勻待用。2.3.2 準備工作檢查儀器藥品，接通電源。設定恒溫槽溫度為20左右（以溫度計為準，比室溫高0.51即可），并接通相應設備電源，調好相應參數(shù)，準備數(shù)據(jù)采集。2.3.3 測量用20ml移液管移取氫氧化鈉標準溶液于1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，將電導電極插入2池，再取適量醋酸鈉溶液于電導管中，將反應器和電導管放入恒溫槽中，一起恒溫約10分鐘。待溫度計示數(shù)不改變時，開始進行數(shù)據(jù)采集，再用洗耳球使1、2池中溶液迅速混合均勻，35次擠壓即可。約20分鐘后即

6、可停止實驗。清洗電導電極后，將其插入到電導管中，測定醋酸鈉溶液的電導率（應多次測量，直到顯示數(shù)據(jù)沒有太大變化為止）。再次清洗電導電極。升高溫度1左右，重復以上步驟測定反應電導率的變化，一共進行三次實驗即可。2.4 實驗注意事項（1） 溫度的變化會嚴重影響反應速率，因此一定要保證恒溫。（2）不要敞口放置NaOH溶液，以防吸收空氣中CO2，使其濃度變化。（3）混合過程既要快速進行，又要小心謹慎。不要將溶液擠出混合器。（4）過程中更換反應液需要將電導率電極清洗干凈，但不可擦拭內部鍍有鉑黑的部分。（5）采集數(shù)據(jù)過程中，要盡量避免對計算機進行其他操作，以防數(shù)據(jù)失真。（6）控溫時，以溫度計示數(shù)為準，控溫儀

7、的旋鈕應謹慎調節(jié)，最好始終使恒溫槽處于加熱恒溫狀態(tài)，因降溫的速度比較慢。3 結果與討論3.1 原始實驗數(shù)據(jù)氫氧化鈉溶液濃度：0.014191mol/L，純乙酸乙酯體積：0.14535ml乙酸乙酯溶液濃度：0.014191mol/L，醋酸鈉溶液濃度：0.00750mol/L反應溶液電導率的原始數(shù)據(jù)略去，NaAc電導率和反應溫度等數(shù)據(jù)見3.23.2 計算的數(shù)據(jù)、結果書中給出了固溶體的相關數(shù)據(jù)3.2.1 計算反應速率常數(shù)（1）實驗點1溫度：20.0，=621S/cm數(shù)據(jù)處理方法：首先，在測得的一系列電導率中，找到其最高點，刪去之前的數(shù)據(jù)，將該點作為t=0；再在該點之后的數(shù)據(jù)點中，刪去明顯的波動，或是

8、用線性插值替換；最后將t-t為自變量，t為因變量，即借助公式t=k2c0t-t+0，用origin進行線性擬合，得到斜率，再除以-C0即為反應速率常數(shù)。所得結果如下：因而反應速率常k=斜率/(-C0)=0.0005058/0.00750=0.06744(L/mol·s)R2為0.99994。(2) 實驗點2溫度：21.0，=631S/cm按照上文所述，使用origin處理數(shù)據(jù)，繪制t=k2c0t-t+0的圖像如下：因而反應速率常數(shù)k=斜率/(-C0)=0.000537459/0.00750=0.07166(L/mol·s)R2為0.99997(3) 實驗點3溫度：22.0，

9、=644S/cm按照上文所述，使用origin處理數(shù)據(jù)，但本次實驗多反應了兩分鐘，因此為了增加數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性，將20min后的數(shù)據(jù)點全部刪除，繪制t=k2c0t-t+0的圖像如下：因而反應速率常數(shù)k=斜率/(-C0)=0.00056849/0.00750=0.07580(L/mol·s)R2為0.99997（4）將上述三個實驗點的擬合結果整理如下：表1 各個實驗點的反應速率常數(shù)使用origin擬合序號溫度 /(Scm)k/(L/(mol·s)R2120.06210.067440.99994221.06310.071660.99997322.06440.075800.99997

10、根據(jù)不同溫度下的k值，結合公式：，使用origin線性擬合如下：可得活化能為：Ea=-slope=42.03KJ/mol3.3 討論分析由于沒有找到可靠的文獻值，所以無法對實驗結果進行有效的判斷評估。但僅從實驗數(shù)據(jù)上來看，整個數(shù)據(jù)的線性度很好，最后得到的三個速率值擬合也比較理想，僅從數(shù)據(jù)質量上來看，實驗基本上是成功的。在數(shù)據(jù)處理的過程中，鑒于某些點的偏差比較大，對數(shù)據(jù)進行了簡單的分析和剔除，使數(shù)據(jù)的線性度得到了明顯的提高，在分析數(shù)據(jù)的過程中，發(fā)現(xiàn)在實驗開始階段往往是實驗數(shù)據(jù)最不穩(wěn)定的階段，最容易出現(xiàn)離群值，這可能和實驗開始時混合過程尚未結束，液相之間還未充分混合達到穩(wěn)態(tài)所致，所以在處理數(shù)據(jù)時應

11、著重關注實驗開始階段的數(shù)據(jù)點，對其進行取舍。事實上，表觀活化能會隨溫度的改變而改變，一般會隨溫度的升高而增大，但由于這種影響極為有限，又由于實驗中溫度的變化非常小，實驗所測量的活化能的值比較高，所以可以認為活化能是不隨溫度而改變的，這種處理方法是合理的，但一定需要注意活化能是溫度的函數(shù)這一個事實。4 結論本實驗我們獲得了三個溫度下的乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)和活化能，如下表所示：表2 實驗結果序號溫度 /k /(L/(mol·s)122.00.06744221.00.07166322.00.07580活化能202242.03kJ/mol5 參考文獻 （1）基礎物理化學實驗，高等教育出版

12、社，賀德華、麻英、張連慶，2008年5月第1版（2）物理化學，清華大學出版社，朱文濤,2011年9月第1版6 附錄6.1 思考題6.1.1 配制乙酸乙酯溶液時，為什么在容量瓶中要先加入部分蒸餾水？答：因為乙酸乙酯容易揮發(fā)，加入水可以起到稀釋的作用，減少乙酸乙酯的揮發(fā)，減小實驗誤差。6.1.2 為什么乙酸乙酯和NaOH溶液濃度必須足夠稀？請推導出公式0=A1c0中A1的表達式，從而說明其為常數(shù)的條件。答：只有溶液濃度足夠稀，離子之間距離足夠大，才可忽略離子之間相互影響，即“離子獨立遷移定律”，溶液的電導率與溶液離子濃度成正比。公式推導：溶液足夠稀時， A1為常數(shù)的條件是，溶液足夠稀，使用同一套實

13、驗裝置。6.1.3 若配制溶液時用的不是去離子水，電導管和混合器未洗干凈，對實驗結果有影響？答：在反應溶液存在雜質離子，則雜質離子的電導率會被算入，導致總的電導率與溶液濃度的正比例關系減弱（不影響線性關系）。另一方面，雜質離子也可能參與反應，這樣對實驗結果的影響就不可預知了。6.1.4 預先單獨用NaOH溶液來調整電導率儀有何作用？答：可以讓測量的數(shù)據(jù)在儀器的一定刻度范圍內，防止超量程，損壞儀器，另一方面，也可以將電導率儀調至最佳的測量范圍，可以減小實驗誤差。6.1.5混合反應器的設計思想是什么？請?zhí)岢銎渌姆椒ā４穑夯旌戏磻饕髢煞N物質快速且充分地接觸。它是利用洗耳球將某一種液體壓入另一種當中，并通過多次強制對流，使其快速且充分地進行接觸，并利用溢流裝置，防止擠入的液體量過多時，將塞子頂出。其他方法：使用攪拌裝置，將兩種液體分別迅速倒入混合池中，開動攪拌10s，在粘度不大的情況下即可混合均勻，這種方法適用于較大量的液體混合。也可以借助于流體流動時產(chǎn)生的壓力降，將另一種靜止的液體吸入，此方法適用于工廠中的混合裝置。6.1.6 如何用化學方法來測定此反應速率常數(shù)？答：在反應的不同時刻取樣，然后通過反應干擾手段（對于本反應可以加入酸使PH=7），然后測定其溶液中某物質的濃度，得到濃度與時間的關系，從而計算出反應速率常數(shù)。測定濃度，可以用分光光度計、酸堿滴定、氣相色譜等等方法。6.2