电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

1电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数一.实验目的1.掌握电导法测定反应速率常数的原理和方法；2.了解二级反应的特点，学会用图解计算法求取二级反应的速率常数；3.用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数，了解反应活化能的测定方法。二.实验原理乙酸乙酯皂化是一个二级反应,其反应式为：NaOHHCCOOCHOHNaHCOOCCH523523反应速率方程为：))((xbxakdtdx在反应过程中,各物质的浓度随时间而变。测定该反应体系组分浓度的方法很多，例如，可用标准酸滴定测出不同时刻OH-离子的浓度。本实验使用电导率仪测量皂化反应进程中体系电导值G随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的，进而可求算反应的速率常数。若反应物523HCOOCCH和NaOH的初始浓度相同(均设为c)，设反应时间为t时，反应所产生的COOCH3和OHHC52的浓度为x，若逆反应可忽略，则反应物和产物的浓度时间的关系为：OHHCCOONaCHNaOHHCOOCCH523523t=0cc00t=tc-xc-xxxt=∞→0→0→c→c上述二级反应的速率方程可表示为：))(()(xcxcktxtxcdddd(1)积分得：ktcxc11或ktxccx)((2)显然,只要测出反应进程中任意时刻t时的x值，再将已知浓度c代入上式，即可得到反应的速率常数k值.因反应物是稀水溶液，故可假定COONaCH3全部电离。则溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和COOCH3等，Na+在反应前后浓度不变，OH-的迁移率比COOCH3的大得多.随着反应时间的增加,OH-不断减少，而COOCH3不断增加,所以体系的电导值不断下降。在一定范围内，可以认为体2系电导值的减少量与COONaCH3的浓度x的增加量成正比，即：t=tx=β(G0-Gt)(3)t=∞c=β(G0-G∞)(4)式中，G0和Gt分别是溶液起始和t时的电导值，G∞为反应终了时的电导值,β是比例系数。将(3)、(4)代入(2)得：GGGGGGGGGGckttttt0000)]()[()((5)据上式可知，只要测出G0、G∞和一组Gt值，据(5)式，由)/()(GGGGtt0对t作图，应得一直线,从其斜率即可求得速率常数k值，k的单位为min-1·mol-1·L。三.仪器与试剂DDSJ-308型数字电导率仪1台双管电导池1个移液管(10mL)2支DJS-1型铂黑电极1支洗耳球1只NaOH(分析纯)CH3COONa(分析纯)CH3COOC2H5(分析纯)四.实验步骤1.开启电导仪电源，预热。2.G0的测定(1)将洗净的电导池用0.0100mol/L的NaOH溶液润洗三次后，倒入适量0.0100mol/LNaOH溶液(以能浸没铂黑电极并高出1cm为宜)。(2)用电导水洗涤铂黑电极，再用0.0100mol/L溶液淋洗,然后插入电导池中。(3)在室温下测量溶液的电导值，每隔2min测量一次，共3次，取平均值。3.G∞的测定实验测定中，不可能等到t→∞，且反应也并不完全不可逆，通常将0.0100mol/L的CH3COONa溶液的电导值作为G∞，测量方法与G0的测量方法相同。但必须注意，每次更换测量溶液时，须用电导水淋洗电极和电导池，再用被测溶液淋洗三次。4.Gt的测定(1)将双管电导池用电导水洗净后烘干，用待测溶液润洗电导池三次。(2)用移液管量准确取20mL0.0200mol/LNaOH溶液放入洗净并干燥的电导池的A管,用另一支移液管吸取20mL0.0200mol/LCH3COOC2H5溶液注入电导池的B管中。(3)将CH3COOC2H5溶液快速倒入A管中，溶液倒入一半时，开始计时，并继续将剩余的溶液全部倒入A管，再将A管中的溶液倒入B管，如此反复几次，使溶液混合均匀，并立即测量溶液的电导值。3(4)记录第一个数据，然后每隔2min测量一次，直至电导值基本不变为止。(5)实验结束，关闭电导仪电源，洗净电导池和电极，将电极浸没在蒸馏水中。5.反映活化能的测定按上述操作步骤测定另一个温度时的反应速率常数，并按阿仑尼乌斯公式计算活化能。ln(k2/k1)=2112TTTTRE式中k1.k2分别为温度T1,T2时测得的反应速率常数，R是摩尔气体常数，E为反应的活化能。五.实验数据记录与处理1.数据记录表表一项目123平均值G0/us.cm-16.30x1046.30x1046.30x1046.30x104G∞/us.cm-19.20x1029.20x1029.20x1029.20x102表二t/min2468101214Gt/(x104)us.cm-16.316.296.296.296.286.286.28)/()(GGGGtt0-0.001610.0016130.0016130.0016130.0032320.0032320.003232t/min161820222426283032Gt/us.cm-1(x104)6.276.276.266.266.256.246.236.236.23(G0-Gt0.004850.004850.006480.006480.008110.009750.01140.01140.011404)/(Gt-G∞)/us/cm6655959304044t/min37424752Gt/104us/cm6.226.236.226.22(G0-Gt)/(Gt-G∞)/us/cm0.013050.0114040.013050.01305m=)/()(GGGGtt0乙酸乙酯皂化反应的速率常数y=0.0003x+1E-05-0.00500.0050.010.0150.020102030405060t/minm由实验所得直线的斜率为kc=0.0003，求得反应的速率常数k=0.03L·mol-1·min-1k1k2k3T1T2T30.030.050.06282K298K307Kln(k2/k1)ln(k3/k2)ln(k3/k1)(T2-T1)/T1T2R(T3-T2)/T3T2R(T3-T1)/T3T1R0.5108260.182320.693140.00002290.0000118330.000034725R=8.314J/(molK);活化能E=20280J/mol六.误差分析实验所得反应速率常数与理论值有较大偏差，分析可能产生误差的原因有：(1)由于空气中的CO2会溶入电导水和配制的NaOH溶液中，使溶液浓度发生改变，从而导致测得的实验数据有误差。(2)CH3COOC2H5溶液和NaOH溶液故不是新鲜配制的，浓度可能发生变化而导致误差。(3)实验计时不准确、仪器灵敏度下降或仪器示数不稳定时读数也可造成误差。七.思考题1、为何本实验要在恒温条件下进行，且NaOH和CH3COOC2H5溶液在混合前还要预先恒温?答：因为反应的速率常数与温度有关，如果温度不恒定，则速率常数不是定值，实验无法测定。2、若氢氧化钠溶液和乙酸乙酯的起始浓度不相等，应如何计算k值？答：需要重新推导其动力学方程式。设氢氧化钠溶液和乙酸乙酯溶液的起始浓度分别为a和b则其动力学方程式为式中x为t时刻产物的浓度。3、如果两溶液均为浓溶液，能否用相同的方法求k值？为什么？答：不能。因为实验原理成立的先决条件是电导与浓度成正比例关系，如果为浓溶液，则电导很低，试验将无法进行。图表标题y=20280x00.10.20.30.40.50.60.70.801E-052E-053E-054E-05(T2-T1)/T2T1Rln(k2/k1)ln(k2/k1)--(T2-T1)/T2T1R线性(ln(k2/k1)--(T2-T1)/T2T1R)