電導法測定乙酯皂化反應地速率常數(shù)物化實驗報告材料

1、電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)一、實驗目的1、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；2、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)；3、熟悉電導率儀的使用。二、實驗原理（ 1 ）速率常數(shù)的測定乙酸乙酯皂化反應時典型的二級反應，其反應式為：CH 3COOC 2 H5 NaOH = CH3 OONa C2H 5 OHt=0C0C000t=tCtCtC0 - CtC0 -Ctt= 00C0C0速率方程式dckc 2 ，積分并整理得速率常數(shù)k 的表達式為：dt1c0ctkc 0c tt假定此反應在稀溶液中進行，且CH 3COONa 全部電離。則參加

2、導電離子有Na 、 OH 、CH 3COO ,而 Na 反應前后不變， OH 的遷移率遠遠大于 CH 3 COO ，隨著反應的進行，OH 不斷減小， CH3 COO 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 CH 3COO 的濃度成正比。令 0 、 t 和 分別為 0 、t 和時刻的電導率，則：t=t時， C0 Ct=K （0 -t ）K 為比例常數(shù)1t 時， C0= K（0 -）聯(lián)立以上式子，整理得：10tttkc 0可見，即已知起始濃度C0，在恒溫條件下，測得0 和 t ，并以t 對 0t 作圖，可得一t1，從而求得此溫度下的反應速率常數(shù) k。直線，則直線斜率 mk

3、c 0（2 ）活化能的測定原理：ln k 2Ea( 11 )k 1RT1T2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。三、儀器與試劑電導率儀1 臺 、鉑黑電極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（ 0.0200mol/L）四、實驗步驟1、調節(jié)恒溫槽的溫度在24.00 。2、安裝調節(jié)好電導率儀。3、在 1-3 號大試管中，依次倒入約20mL 蒸餾水、 35mL0 、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、0 的測定

4、：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，2至于恒溫槽中恒溫，插入電導池，測定其電導率。5、t 的測定：從 2 號試管中準確移取10mL 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時開始讀數(shù)，以后每 2min 讀一次，至 30min時刻停止測量。6、反應活化能的測定：在 35.00 恒溫條件下，用上述步驟測定。五、數(shù)據(jù)記錄與處理求 24 的反應速

5、率常數(shù)k1 ，將實驗數(shù)據(jù)及計算結果填入下表：恒溫溫度 =24.00 0 =2.07ms ·cm -1V 乙酸乙酯 =10.00mL 乙酸乙酯 =0.0200 mol/LVNaOH =10.00mLNaOH= 0.0200 mol/Lc0 =0.0100 mol/L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表1：t/mint /ms ·cm -1（0 - t ）/ ms ·cm -10t/tms ·cm -1 ·min -121.9820.0880.044041.9250.1450.0363361.8760.1940.032381.8350.2350.0294101.7

6、970.2730.0273121.7650.3050.0254141.7360.3340.0239161.7100.3600.0225181.6870.3830.0213201.6660.4040.0202221.6480.4220.0192241.6310.4390.0183261.6160.4540.0175281.6020.4680.0167301.5860.4840.01614圖 1測定溫度 24 時 t ( t -)t 作圖和擬合結果數(shù)據(jù)處理：t 對 0t 作圖 ,求出斜率 m ，并由 m1求出速率常數(shù)。tkc0因為乙酸乙酯皂化反應是吸熱反應，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分

7、鐘內所測溶液電導偏低。所以作圖時使用的數(shù)據(jù)應在反應6 分鐘后數(shù)據(jù)， 這樣所得結果線性較好。通過作圖，線性擬合后曲線的方程為：Y =1.29017+18.60746 X，相關系數(shù) R2=0.9995 ，斜率 m 1=18.607 。由圖 1 可知，t 0t 作圖為一線性較好的直線。t由 m1 可求出速率常數(shù) k1=1/(mc 0)=1/(18.607 ×0.0100) =5.374L/(mol ·min) 。kc 0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：恒溫溫度 =35.00 =2.48ms ·cm-10V 乙酸乙酯 =10.00mL

8、乙酸乙酯 =0.0200 mol/LV NaOH =10.00mLNaOH= 0.0200 mol/Lc0 =0.0100 mol/L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表2：t/mint /ms ·cm -1（0 - t） /0t/tms ·cm -1ms ·cm -1 ·min -122.350.130.065042.270.210.0525562.190.290.048382.120.360.0450102.070.410.0410122.030.450.0375142.020.460.0329161.970.510.0319181.950.530.0294201.

9、930.550.0275221.910.570.0259241.900.580.0242261.890.590.0227281.880.600.0214301.870.610.02036圖 2 測定溫度35 時t ( t -)t 作圖和擬合結果數(shù)據(jù)處理：t 對 0t 作圖 ,求出斜率 m ，并由 m1 求出速率常數(shù)。tkc 0同樣使用的數(shù)據(jù)是反應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，相關系數(shù) R2=0.994 ，斜率 m 2 =9.85由 m1 可求出速率常數(shù) k2=1/(mc 0)=1/(9.85 ×0.0100)

10、=10.15 L/(mol·min) 。kc 0六、結果與討論實驗結果分析通過查找資料，可以知道乙酸乙酯皂化反應的速率常數(shù)與溫度的關系如下：lgk 1780T -1 0.00754T 4.53當 T297.15K 時：7lgk 1 1780 ÷297.15 0.00754 ×297.154.53 0.780297.15K 時的理論速率常數(shù)： k 1 6.0293 L/(mol·min)而在 297.15K 時實驗測定的速率常數(shù) k15.374 L/(mol·min) ，5.3746.0293因此，實驗測定值與理論值比較的相對誤差：100%10.

11、87%6.0293當 T308.15K 時：lgk 2 1780 ÷308.15 0.00754 ×308.15 4.53 1.077308.15K 時的理論速率常數(shù)： k 2 11.94 L/(mol·min)而在 308.15K 時實驗測定的速率常數(shù) k210.15 L/(mol·min) ，因此，實驗測定值與理論值比較的相對誤差：10.1511.94100%14.99%11.94計算反應表觀活化能：m11,m 21k 1 c0k 2c0則 k 2m 1k 1m 2又k 2Ea(11)lnRT2k1T1m1E a(11lnRT1)m 2T2m 2T1

12、 T2EaR lnm1T2T1 8.314 ln 10.15 308.15 297.155.374 308.15 297.1544.01kJ/mol8理論值的活化能為46.1KJ/mol ，因此相對誤差： 44.01 46.1 100% -4.5% 46.1實驗結果討論本實驗用電導法測定反應物乙酸乙酯與NaOH 起始濃度相同的情況下， 24 、35 溫度下乙酸乙醋皂化應的速率常數(shù)，它們分別為5.374 L/(mol·min) 、 10.15L/(mol ·min) ，與理論值比較的相對誤差分別為-10.87% 、 -14.99% ，由速率常數(shù)計算得到的活化能為44.01kJ

13、/mol，與理論值比較的相對誤差為-4.5% 。測定速率常數(shù)的實驗誤差較大，活化能的結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， 這一偏差處在正常范圍之內， 說明實驗測定的結果是基本準確的。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

14、所測數(shù)據(jù)和最終計算結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 的飄動，造成實驗測定數(shù)值時會產(chǎn)生誤差；不同溫度下乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)文獻值t k(L ·mol -1 ·min 1)t k (L ·mol -1 ·min 1 )t k (L ·mol -1 ·min 1)153.3521246.02933310.5737163.5828256.42543411.23829173.8280266.84543511.9411184.0887277.29063612.6843194.3

15、657287.76243713.4702204.6599298.26223814.3007214.9723308.79163915.1783225.3039319.35224016.1055235.6559329.94574117.0847(2) 乙酸乙酯的皂化反應系吸熱反應，混合后體系溫度降低，故在混合后的開始幾分鐘內所測溶液的電導偏低。因此最好在反應 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

16、準確性而影響實驗結果的測定。(4)N aOH 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CO 2，雖對 NaOH溶液的準確濃度事先進行了標定，而實驗時被測的卻是電導率，OH 與 CO 3 2 兩離子的電導數(shù)值差別又很大，結果會使測定后期的數(shù)據(jù)偏差逐漸增大。(5) 測定 Ko 時，所用的蒸餾水最好先煮沸，否則蒸餾水溶有CO2 ，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餾水是沒有煮沸過的。(6) 實驗測定速率常數(shù)與活化能的前提是反應物乙酸乙酯與 NaOH 起始濃度必須相同，由于反應物濃度很低（ 0.0200mol/L ），因此，很難把兩種溶液

17、的濃度配制得恰好相等，所以，實驗測定時很可能反應物濃度時不相等，而所得結果仍用兩者濃度相等時的公式計算，這會對實驗10測定結果造成很大的影響通過查找資料，可知不同的反應物初始濃度比對電導法測定皂化反應速率常數(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=b)，可用電導法測定皂化反應的速率常數(shù)。但由于物質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，故使所測結果仍有一定的誤差。b 、當 a<b (1<ba 115)時， NaOH過量，體系中由于消耗了與CH 3COOC 2H 5 等量的NaOH ，使體系的電

18、導也會產(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, 用電導法可較好地測定皂化反應的速率常數(shù)。c、當a> b (1<ab114)時，乙酸乙酯過量， NaOH 被較快地消耗掉。 但由于 CH 3 COOC 2H 5對電導的貢獻可以忽略，卻對反應速率有影響，導致作圖時得不到一條直線，從而也就不能用電導法測定 a> b時皂化反應的速率常數(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果造成誤差。因此為了避免反應物的揮發(fā)，務必要在取完溶液后及時加

19、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，從而導致所測得數(shù)據(jù)的誤差。11總結：本實驗采用電導法測定乙酸乙酯的皂化反應速率常數(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。因此最好在反應的4-6min后開始測定，否則所做圖，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C0 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CO2 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、提問與思考（1 ）為何本實驗要在恒溫條件進行，而 CH 3 COOC