電導(dǎo)法測定乙酯皂化反應(yīng)地速率常數(shù)物化實驗報告材料

1、電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)一、實驗?zāi)康?、學習電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的原理和方法以及活化能的測定方法;2、了解二級反應(yīng)的特點，學會用圖解計算法求二級反應(yīng)的速率常數(shù)；3、熟悉電導(dǎo)率儀的使用。二、實驗原理（1）速率常數(shù)的測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)時典型的二級反應(yīng)，其反應(yīng)式為:CHsCOOCzHs+NaOH=CH300Na+C2H50Ht=0CoCo0 0t 二tCtCtCo - CtCo -Ct00CoCn速率方程式 仔“凡積分并整理得速率常數(shù)k的表達式為:假定此反應(yīng)在稀溶液中進行，且CH3COONa全部電離。則參加導(dǎo)電離子有Na+、0H CH3COO 一，而Na+反應(yīng)前后不變，0

2、H_的遷移率遠遠大于CH3COO-，隨著反應(yīng)的進行，0H一不斷減小，CH3COO-不斷增加，所以體系的電導(dǎo)率不斷下降，且體系電導(dǎo)率（k） 的下降和產(chǎn)物ch3coo-的濃度成正比。令心、匕和心分別為0、t和8時刻的電導(dǎo)率,則:t二t時，Co - Ct=K （心-匕）K為比例常數(shù)t-foo時，C°= K （心-心聯(lián)立以上式子，整理得：可見，即已知起始濃度Co,在恒溫條件下，測得心和0,并以X對牛2作圖，可得一直線，則直線斜率m = J,從而求得此溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。 kc°（2）活化能的測定原理：因此只要測出兩個不同溫度對應(yīng)的速率常數(shù)，就可以算出反應(yīng)的表觀活化能。三、儀器與

3、試劑電導(dǎo)率儀1臺、鉗黑電極1支、大試管5支、恒溫槽1臺、移液管3支； 氫氧化鈉溶液（0、0200mol/L）、乙酸乙酯溶液（0. 0200m。I/L）四、實驗步1、調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度在24.00"C。2、安裝調(diào)節(jié)好電導(dǎo)率儀。3、在1-3號大試管中，依次倒入約20mL蒸f留水、35mL 0、0200mol/L的氫氧化鈉溶液和 25mL0.0200mol/L乙酸乙酯溶液，塞緊試管口，并置于恒溫槽中恒溫。4、氐的測定：從1號和2號試管中，分別準確移取10mL蒸f留水和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(dǎo)池，測定其電導(dǎo)率。5、心的測定：從2號試管中準確移取10m

4、L氫氧化鈉溶液注入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，用此時刻作為應(yīng)的 起始時間，加完全部酯后，迅速充分搖勻，并插入電導(dǎo)池，從計時起2min時開始讀數(shù)，以后每 2m i n讀一次，至30m i n時刻停止測量。6、反應(yīng)活化能的測定：k在35.00°C恒溫條件下，用上述步驟測定。五、數(shù)據(jù)記錄與處理 求249的反應(yīng)速率常數(shù)h ,將實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果填入下表:恒溫溫度二24. 00RCV乙姦乙輛二10. OOmLVNa0H=10. OOmLCo=O. 0100 mol/L心二2. 07ms cm乙酸乙酯=0. 0

5、200 mol/LNaOH= 0.0200 mol/L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1：t/min/ms cm 1（心-£）/ ms cm 1&一£/71/ ms cm -min t21.9820. 0880. 044041.9250. 1450. 036361.8760. 1940. 032381.8350. 2350. 0294101. 7970. 2730. 0273121.7650. 3050. 0254141.7360. 3340. 0239161. 7100. 3600. 0225181.6870. 3830. 0213201.6660. 4040. 020222

6、1.6480. 4220.0192241.6310. 4390.0183261.6160. 4540.0175281.6020. 4680.0167301.5860.4840.01611581801UJ9SIU、s701Y =1.29017+1 8.60746 X0.0160.0180.0200.0220.0240.0260.0280.03-0測定溫度249時£ (£)t作圖和擬合結(jié)果數(shù)據(jù)處理：氐對軋魚作圖，求出斜率叫 并由皿=丄求出速率常數(shù)。 tkc°因為乙酸乙酯皂化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分鐘內(nèi)所 測溶液電導(dǎo)偏低。所以作圖時使用的

7、數(shù)據(jù)應(yīng)在反應(yīng)6分鐘后數(shù)據(jù)，這樣所得結(jié)果線性較好。 通過作圖，線性擬合后曲線的方程為：Y =1.29017+18. 60746 X,相關(guān)系數(shù)R-0. 9995,斜率m冃8.607°由圖冋知，¥作圖為-線性較好的直線。由“=丄可求出速率常數(shù) kFl/(mc0)=1/(18. 607X0. 0100) =5. 374 L/(moI - min)o kc。 采用同樣的方法求35'C的反應(yīng)速率常數(shù)k2,計算反應(yīng)的表觀活化能Ea：恒溫溫度二35. 00°CV乙酸乙能=10. OOmLVNaOH=10. OOmLk o=2. 48ms cm 1乙酸乙酯1=0.0200

8、mol/L NaOH二 0.0200 mol/LCqO. 0100 mo I /L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表2：t/min/ms cm(K()- £ )/ ms cm心一H/ ms *cm in i n t22.350. 130. 065042.270.210. 052562. 190. 290. 048382. 120. 360. 0450102.070. 410. 0410122.030. 450. 0375142.020. 460. 0329161.970.510. 0319181.950. 530. 0294201.930. 550. 0275221.910. 570. 02592

9、41.900. 580. 0242261.890. 590. 0227281.880. 600. 0214301.870. 610. 0203圖2測定溫度359時£（£Kx）t作圖和擬合結(jié)果數(shù)據(jù)處理：心對冬匚乞作圖，求出斜率叫 并由m = -1-求出速率常數(shù)。 tkc°同樣使用的數(shù)據(jù)是反應(yīng)6min后的數(shù)據(jù)來作圖的，通過作圖，線性擬合后曲線的方程為：Y =1.66535+9.85351 X,相關(guān)系數(shù)R2=0. 994,斜率m2=9. 85由 m =可求出速率常數(shù) k2=1/(mc0)=1/(9. 85X0.0100) =10. 15 L/ (mo I min)。 k

10、c()六、結(jié)果與討論實驗結(jié)果分析通過查找資料，可以知道乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)與溫度的關(guān)系如下: lgk = -1780r' + 0. 00754T+4. 53當 T = 297. 15K 時：Igk , = -17804-297. 15+0. 00754X297. 15+4. 53 = 0. 780.-.297, 15K 時的理論速率常數(shù)：k , = 6.0293 L/(moI - min)而在297. 15K時實驗測定的速率常數(shù)k,=5. 374 L/ (mo I - min),因此，實驗測定值與理論值比較的相對誤差：5二5.374 6.02936.0293x 100% = -1

11、0.87%當 T = 308. 15K 時：Igk 2=-17804-308. 15+0.00754X308. 15+4. 53 = 1.077.-.308. 15K 時的理論速率常數(shù)：k 2 = 11.94 L/(moI - min)而在308. 15K時實驗測定的速率常數(shù)k2=10. 15 L/ (mo Imin),因此，實驗測定值與理論值比較的相對誤差：= 1()1：11()4x 100% = -14.99%11.94 計算反應(yīng)表觀活化能:11嘖吟才#E d=R lnm2 TrT2mi 丁27= S.34xn-x5.374308.15-297.15= 44.01 kJ/mol理論值的活化

12、能為46. 1KJ/mol,因此相對誤差:44.01 46.146J-x 100% = -4.5%實驗結(jié)果討論本實驗用電導(dǎo)法測定反應(yīng)物乙酸乙酯與NaOH起始濃度相同的情況下，24"C、35°C溫度下乙 酸乙醋皂化應(yīng)的速率常數(shù)，它們分別為5. 374 L/(mol min)、10.15 L/(mol - min),與理論 值比較的相對誤差分別為TO. 87%、-14. 99%,由速率常數(shù)計算得到的活化能為44.01kJ/mol,與 理論值比較的相對誤差為-4. 5%o測定速率常數(shù)的實驗誤差較大，活化能的結(jié)果與文獻值的偏差較小，考慮到本次實驗測定 過程中可能存在的各種誤差，這一

13、偏差處在正常范圍之內(nèi)，說明實驗測定的結(jié)果是基本準確的。 那么產(chǎn)生差異的原因有什么呢？主要的原因可能有：(1) 溫度不夠恒定和準確。溫度對反應(yīng)速率k受溫度的影響很大(見下圖)，溫度不夠恒定 和準確對速率常數(shù)的影響是很大的。實驗所使用的恒溫槽的恒溫效果不是很好，在進行溫度測 定的過程中，由于攪拌器的攪拌不可能使得體系中各部分的溫度達到絕對均勻。所以，通過溫 度計得的是溫度計水銀球附近液體的溫度，此溫度與實驗測定體系溫度不一定完全一致，從而 使所測數(shù)據(jù)和最終計算結(jié)果與實際值間存在一定的誤差。還有，恒溫槽控溫效果不好，在測定 的過程中溫度會有±0. 2°C的飄動，造成實驗測定數(shù)值時

14、會產(chǎn)生誤差；不同溫度下乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)文獻值t C k (L mo I 1 min1) t'C k (L mo I 1 min ') t C k (L mo I 1 min153. 3521246. 02933310.5737163. 5828256. 42543411 2382173. 8280266. 84543511.9411184. 0887277. 29063612.6843194. 3657287. 76243713.4702204. 6599298. 26223814. 3007214. 9723308.79163915. 1783225. 3039319

15、. 35224016. 1055235. 6559329. 94574117. 0847(2) 乙酸乙酯的皂化反應(yīng)系吸熱反應(yīng)，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分鐘內(nèi) 所測溶液的電導(dǎo)偏低。因此最好在反應(yīng)6分鐘后開始測定，這樣可以得到線性較好的圖，否則 所作的圖會呈拋物線形。(3) 乙酸乙醋易揮發(fā)，當場配制既浪費時間又很難準確，所以由實驗教師先大量配制好， 但在放置過程中往往會因為發(fā)生水解，而使得濃度降低，因此，由于不能保證乙酸乙酯濃度的 準確性而影響實驗結(jié)果的測定。(4) NaOH溶液是在實驗之前先配制好的，配制好的NaOH溶液也會吸收空氣中C02,雖對NaOH 溶液的準確濃度事先進行了標

16、定，而實驗時被測的卻是電導(dǎo)率，0H一與CO廣兩離子的電導(dǎo)數(shù)值差 別又很大，結(jié)果會使測定后期的數(shù)據(jù)偏差逐漸增大。(5) 測定K。時，所用的蒸f留水最好先煮沸，否則蒸他水溶有CO?,降低了 NaOH的濃度，而 使Ko偏低。但是我們在實際實驗中用的蒸憎水是沒有煮沸過的。(6) 實驗測定速率常數(shù)與活化能的前提是反應(yīng)物乙酸乙酯與NaOH起始濃度必須相同，由于 反應(yīng)物濃度很低(0.0200mol/L),因此，很難把兩種溶液的濃度配制得恰好相等，所以，實驗 測定時很可能反應(yīng)物濃度時不相等，而所得結(jié)果仍用兩者濃度相等時的公式計算，這會對實驗 測定結(jié)果造成很大的影響通過查找資料，可知不同的反應(yīng)物初始濃度比對電導(dǎo)

17、法測定皂化反應(yīng)速率常數(shù)有明顯的影 響：a、當乙酸乙酯的初始濃度和氫氧化鈉的初始濃度相等時(a二b),可用電導(dǎo)法測定皂化反應(yīng) 的速率常數(shù)。但由于物質(zhì)純度的限制及配制溶液時的誤差等原因，很難使a與b達到真正意義上 的相等，而且影響測定的因素也較多，故使所測結(jié)果仍有一定的誤差。b、當a<b (1<ba115)時，NaOH過量，體系中由于消耗了與CH3C00C2H5等量的NaOH,使體 系的電導(dǎo)也會產(chǎn)生很大的變化，而且所需時間也較小，a與b的濃度也可分別控制。實驗證明， 在所選濃度范圍內(nèi)，用電導(dǎo)法可較好地測定皂化反應(yīng)的速率常數(shù)。c、當a> b gbS4)時，乙酸乙酯過量，NaOH被較

18、快地消耗掉。但由于CH3C00C2H5對電 導(dǎo)的貢獻可以忽略，卻對反應(yīng)速率有影響，導(dǎo)致作圖時得不到一條直線，從而也就不能用電導(dǎo) 法測定a> b時皂化反應(yīng)的速率常數(shù)。(7) 在實驗過程中，使用的乙酸乙酯和NaOH溶液都是事先配制好的，因此取溶液時有可能 長時間打開蓋子，污染試劑，這也有可能會對實驗結(jié)果造成誤差。因此為了避免反應(yīng)物的揮發(fā), 務(wù)必要在取完溶液后及時加蓋。(8) 乙酸乙酯和NaOH溶液混合時，一定要充分混合搖勻，混合時應(yīng)迅速并且在恒溫槽中水 解。(9) 測量儀器的系統(tǒng)誤差，由于實驗中測定儀器直接與外界環(huán)境接觸，所以當外界環(huán)境溫度、 大氣壓力和濕度改變時，測量儀器所處狀態(tài)的改變可能

19、影響其性能和測得數(shù)據(jù)的準確性。當溫 度和濕度改變時，電導(dǎo)率儀的物理化學特性(如電阻、電容、電感等)很可能發(fā)生改變，從而 導(dǎo)致所測得數(shù)據(jù)的誤差?？偨Y(jié)：本實驗采用電導(dǎo)法測定乙酸乙酯的皂化反應(yīng)速率常數(shù)和活化能的大小。在實驗中我們發(fā) 現(xiàn)，溫度的控制對于速率常數(shù)的測定有著非常重要的影響。因此在實驗過程中，溫度控制的效 果直接影響到實驗的結(jié)果，本實驗必須在恒溫的條件下測定。七、實驗評注與拓展乙酸乙酯皂化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，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(dǎo) 率偏低。因此最好在反應(yīng)的4-6min后開始測定，否則所做'1 圖，圖形為拋物線并非直線。實驗中還需注意的問題是：1、乙酸乙酯溶液和NaOH溶液的濃度必須相同，則C。為乙酸乙酯溶液和NaOH溶液的濃度的一 半。2、配好的NaOH溶液要防止空氣中的CO?氣體進入。3、乙酸乙酯溶液需要臨時配制，配制時動作要迅速，以減少揮發(fā)損失。八