復習版電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)含思考題答案

1、電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)指導老師：李國良 【實驗目的】學習電導法測定乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)的原理和方法以及活化能的測定方法；了解二級反應的特點，學會用圖解計算法求二級反應的速率常數(shù)；熟悉電導儀的使用?！緦嶒炘怼浚?）速率常數(shù)的測定 乙酸乙酯皂化反應時典型的二級反應，其反應式為：CH3COOC2H5NaOH = CH3OONaC2H5OH t=0 C0 C0 0 0 t=t Ct Ct C0 - Ct C0 -Ct t= 0 0 C0 C0 速率方程式 ，積分并整理得速率常數(shù)k的表達式為： 假定此反應在稀溶液中進行，且CH3COONa全部電離。則參加導電離子有Na、OH、CH3C

2、OO,而Na反應前后不變，OH的遷移率遠遠大于CH3COO，隨著反應的進行，OH 不斷減小，CH3COO不斷增加，所以體系的電導率不斷下降，且體系電導率（）的下降和產(chǎn)物CH3COO的濃度成正比。 令、和分別為0、t和時刻的電導率，則：t=t時，C0 Ct=K（-） K為比例常數(shù)t時，C0= K（-）聯(lián)立以上式子，整理得： 可見，即已知起始濃度C0，在恒溫條件下，測得和，并以對作圖，可得一直線，則直線斜率 ，從而求得此溫度下的反應速率常數(shù)k。（2）活化能的測定原理： 因此只要測出兩個不同溫度對應的速率常數(shù)，就可以算出反應的表觀活化能?！緝x器與試劑】電導率儀 1臺 鉑黑電極 1支 大試管 5支 恒

3、溫槽 1臺 移液管 3支氫氧化鈉溶液（1.985×10-2mol/L） 乙酸乙酯溶液（1.985×10-2mol/L） 【實驗步驟】調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度在26.00；在1-3號大試管中，依次倒入約20mL蒸餾水、35mL 1.985×10-2mol/L的氫氧化鈉溶液和25mL1.985×10-2mol/L乙酸乙酯溶液，塞緊試管口，并置于恒溫槽中恒溫。安裝調(diào)節(jié)好電導率儀；的測定：從1號和2號試管中，分別準確移取10mL蒸餾水和10mL氫氧化鈉溶液注入4號試管中搖勻，至于恒溫槽中恒溫，插入電導池，測定其電導率；的測定： 從2號試管中準確移取10mL氫氧化鈉溶液注

4、入5號試管中至于恒溫槽中恒溫，再從3號試管中準確移取10mL乙酸乙酯溶液也注入5號試管中，當注入5mL時啟動秒表，用此時刻作為反應的起始時間，加完全部酯后，迅速充分搖勻，并插入電導池，從計時起2min時開始讀值，以后每隔2min讀一次，至30min時可停止測量。反應活化能的測定： 在35恒溫條件下，用上述步驟測定值?！緮?shù)據(jù)處理】求26的反應速率常數(shù)k1，將實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果填入下表：恒溫溫度=28.00 =2.29ms·cm-1V乙酸乙酯=10.00mL 乙酸乙酯=1.9850×10-2mol/LVNaOH=10.00mL NaOH=1.9850×10-2mol/

5、Lc0=0.5×1.9850×10-2mol/L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1：t/min/ms·cm-1（-）/ ms·cm-1/ ms·cm-1·min-121.8470.4430.22241.7480.5420.13661.6430.6470.10881.5620.7280.091101.4970.7930.079121.4420.8480.071141.3920.8980.064161.3480.9420.059181.3090.9810.055201.2731.0170.051221.2411.0490.048241.2131.07

6、70.045261.1871.1030.042281.1641.1260.040301.1421.1480.038圖1：-：數(shù)據(jù)處理：對作圖,求出斜率m，并由求出速率常數(shù)m=4.15，k1=1/(mc0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10-2)mol·L-1·min=24.3L/(mol·min)文獻參考值：k（298.2K）=（6±1）L/(mol·min)采用同樣的方法求35的反應速率常數(shù)k2，計算反應的表觀活化能Ea：a、35的反應速率常數(shù)k2恒溫溫度=35.00 =2.63ms·cm-1V乙酸乙酯=10.00mL 乙

7、酸乙酯=1.9850×10-2mol/LVNaOH=10.00mL NaOH=1.9850×10-2mol/Lc0=0.5×1.9850×10-2mol/L 實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表2：t/min/ms·cm-1（-）/ ms·cm-1/ ms·cm-1·min-121.790.840.420 41.650.980.245 61.511.120.187 81.411.220.153 101.331.30.130 121.271.360.113 141.221.410.101 161.171.460.091 181.14

8、1.490.083 201.111.520.076 221.081.550.070 241.061.570.065 261.041.590.061 281.021.610.058 301.011.620.054 圖2：-：m=2.34，k1=1/(mc0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10-2)mol·L-1·min=43.1L/(mol·min)文獻參考值：k（308.2K）=（10±2）L/(mol·min)b計算反應的表觀活化能：k1/k2=m2/m1ln(k2/k1)=Ea/R·(1/T1-1/T2) ln(m1/m

9、2)=Ea/R·(1/T1-1/T2)Ea=Rln(m1/m2)·T1T2/(T2-T1)=8.314×ln（4.15÷2.34）×308×299÷(308299)J/mol=48.7kJ/mol文獻值：Ea=46.1kJ/mol相對誤差：（48.7-46.1）÷46.1×100%=5.64%【結(jié)果分析與討論】 根據(jù)本實驗中測定的數(shù)據(jù)作-圖，圖形為拋物線并非直線：乙酸乙酯皂化反應為吸熱反應，混合后體系溫度降低，所以在混合后的幾分鐘所測溶液的電導率偏低。如果從6min開始測定，即去掉前兩個數(shù)據(jù)，重新作圖，則

10、-圖線性提高了。以26.0數(shù)據(jù)為例作圖對比：去點前： 去點后： 作-圖得斜率m，根據(jù)m求出k值約為文獻值的4倍：26.0：m=4.15，k1=1/(mc0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10-2)mol·L-1·min=24.3L/(mol·min)文獻參考值：k（298.2K）=（6±1）L/(mol·min)35.0：m=2.34，k1=1/(mc0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10-2)mol·L-1·min=43.1L/(mol·min)文獻參考值：k（308.2K）=（10±

11、;2）L/(mol·min)分析原因：實驗過程中加入乙酸乙酯后沒有充分混合就開始測定，由于電導率儀處于主要是乙酸乙酯的環(huán)境氛圍內(nèi)，所以測定的t偏小，而值偏大，則作圖所得斜率偏小。由于實驗過程中，加入乙酸乙酯的操作及插放電導率儀的操作都由我完成的，所以在不同溫度下所測定的數(shù)據(jù)都出現(xiàn)的相同程度的負偏差?！咎釂柵c思考】 為何本實驗要在恒溫條件進行，而CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前還要預先恒溫？ 答：因為反應速率k受溫度的影響大，（kT+10）/kT=24，若反應過程中溫度變化比較大，則測定的結(jié)果產(chǎn)生的誤差較大；反應物在混合前就預先恒溫是為了保證兩者進行反應的時候是相同溫度的，防

12、止兩者溫差帶來溫度的變化影響測定結(jié)果。 為什么CH3COOC2H5和NaOH起始濃度必須相同，如果不同，試問怎樣計算k值？如何從實驗結(jié)果來驗證乙酸乙酯反應為二級反應？ 答：因為乙酸乙酯的皂化反應是二級反應，為了簡化計算，采用反應物起始濃度相同。如果不同，則k=1/t(a-b)·lnb(a-x)/a(b-x)。選擇不同濃度的CH3COOC2H5和NaOH溶液，測定不同濃度的反應物在相同反應條件下的反應速率。 有人提出采用pH法測定乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)，此法可行嗎？為什么？ 答：可以。CH3COOC2H5OH=CH3COOC2H5OH，反應速率方程為：v=dx/dt=k(a-x)(b

13、-x)，當起始濃度相同（a=b），對該式積分簡化得：k=x/ta(a-x)。設t時刻溶液的pH值為（t），則此時溶液OH-的濃度為ct（OH-）=10（pH-14），即a-x=10（pH-14），ka=a-10（pH-14）/t·10（pH-14），用a-10（pH-14）對t·10（pH-14）作圖，可得一條直線，該直線的斜率m=ka，即k=m/a。 為什么要將電導率儀的溫度旋鈕選為“25”？ 答：測量值就是待測液在實際溫度下未經(jīng)補償?shù)脑茧妼手怠? 反應分子數(shù)與反應級數(shù)是兩個完全不同的概念，反應級數(shù)只能通過實驗來確定。試問如何從實驗結(jié)果來驗證乙酸乙酯為二級反應? 答：

14、保證實驗條件完全相同的情況下，采用不同濃度的CH3COOC2H5和NaOH進行實驗，比較實驗的反應速率常數(shù)來證明乙酸乙酯皂化反應為二級反應。3 乙酸乙酯皂化反應為吸熱反應，試問在實驗過程中如何處置這一影響而使實驗得到較好的結(jié)果？答：實驗采用稀溶液在超級恒溫水浴中進行，并反應前水浴槽恒溫10分鐘才進行實驗，NaOH和CH3COOC2H5溶液在混合前還要預先恒溫10分鐘，以保證整個實驗過程都在相對穩(wěn)定的溫度下進行。4 如果乙酸乙酯和 NaOH 溶液均為濃溶液，試問能否用此方法求得 k 值?為什么？答：不能。因為反應過程中濃溶液稀釋會放出大量的熱，對實驗溫度有影響。而且只有強電解質(zhì)的稀溶液的電導率與其濃度成正比。6.為什么要使兩溶液盡快混合完畢？開始一段時間的測定時隔期為什么要短？  答：(1)實驗過程中，要記錄不同反應時間時體系的電導率，因此兩溶液要盡快混合，且在混合時開始按下秒表計時。 (2) 反應在開始一段時間內(nèi)，體系的電導率下降較快，因此這段時間測定的時間間隔期要短。 7.為什么由0.0100mol·dm-3的NaOH溶液和0.0100mol·dm-3的CH3COONa溶液測得的電導率可以認為是0、？答：0是反應：CH3COOC2H5NaOH CH3COONaC2H5OH 體系t=0時的電導率，但