乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

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40ml0.01mol·L-1的NaOH溶液的电导率，然后将20ml0.02mol·L-1的NaOH溶液与20ml0.02mol·L-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）（kdtdx（1）式中：x为t时刻生成物的浓度。式（1）定积分得：)(1xaaxtk（2）以xax对t作图，若所得为直线，证明是二级反应。并可以从直线的斜率求出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2lnRTEdTkda（3）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(T1)和k(T2)后可以按式（3）计算反应的活化能Ea。122112)()(lnTTTTRTkTkEa（4）乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为：OHHCCOOCHOHHCOOCCH523523反应系统中，OH-电导率大，CH3COO-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CH3COO-所取代，溶液电导率有显著降低。对于稀溶液，强电解质的电导率κ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：aA10（5）aA2（6）xAxaAt21)(（7）式中：A1，A2分别是与温度、电解质性质和溶剂等因素有关的比例常数；κ0、κt、κ∞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axt00(8)代入式(2)并整理，得taktt01（9）因此，以t对tt0作图为一直线即说明该反应为二级反应，且由直线的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(T2)，可以求出反应的活化能Ea。由于溶液中的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的乙酸乙酯溶液100mL。乙酸乙酯密度与温度的关系式ρ=924.54-1.168t-1.95×10-3t2（10）其中ρ、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)0的测量。将恒温水浴调至30℃，用移液管吸取20mL0.200mol/L的NaOH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)t的测定。将洁净干燥的双管反应器置于恒温水浴中，有移液管取20mL0.200mol/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20mL0.200mol/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0与t。3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-t关系图）上的数据。第一列时间并非直接由记录仪采集的数据读出，而是在t-t关系图上找出最高点，记下最高点对应的时间，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0同样由记录仪采集，见附图（0的测量），得30℃时，0=6.91格，37℃时，0=7.45格。注：附图分别为30℃时0的测量图、37℃时0的测量图、30℃时t-t关系图、37℃时t-t关系图。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t/格（0—t）/t06.852.136.230.2910803.205.980.2718754.025.810.2587064.825.650.2489635.455.540.2403676.155.430.2308946.835.330.2225487.635.220.2136308.405.120.2059529.504.990.19578910.24.920.18921610.54.840.18272710.94.790.177586以表1中的第二列对第三列作图，得图1。y=11.248x+2.7335R2=0.9984.154.655.155.656.156.650.150.20.250.30.35（k0—kt）/tkt/格图130.00℃时t~（0—t）/t图线由图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Ca30k1，在该实验中，a=0.01mol/L，所以。）（-1-1-130minmolL890.80.01mol/Lmin11.248/1kC查阅文献得，30℃时k=8.7916·mol-1·min-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t/格（0—t）/t07.490.907.110.4777781.356.910.4666672.536.460.4268773.676.090.3950955.035.760.3538777.085.380.3050858.405.180.28095210.24.950.25392211.84.770.23474613.24.660.21818214.54.550.20620716.04.450.19312517.44.370.18218418.74.290.17379720.34.220.16354721.24.170.158962y=7.8394x+2.8913R2=0.997444.555.566.577.50.150.20.250.30.350.40.450.5（k0-kt）/tkt/格图237.00℃时t~（0—t）/t图线以表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Ca37k1，a=0.01mol/L，所以。）（-1-1-137minmolL96.120.01mol/Lmin8394.7/1kC查阅文献得，37℃时k=13.4721·mol-1·min-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）·8.314·303.15·310.15/（310.15-303.15）/1000=43.6KJ·mol-1，查阅文献得，Ea=46.1KJ·mol-1，相对误差E=5.4%。4结论乙酸乙酯皂化反应的速率常数：-1-130minmolL890.8kC，文献值为8.7916·mol-1·min-1，相对误差E=1.1%。-1-137minmolL96.12kC，文献值为13.4721·mol-1·min-1，相对误差E=3.8%。表观活化能Ea=43.6KJ·mol-1，文献值为46.1KJ·mol-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