乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)影響因素的研究

1、乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)影響因素的研究摘要：本實驗主要研究鹽效應(yīng)、超聲波效應(yīng)對乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)的影響。采用電導(dǎo)法，pH酸度法測定乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)，通過與文獻值比較，得出最佳測定方法。實驗分別在25和30下進行，由電導(dǎo)率測得的反應(yīng)速率常數(shù)為6.74和9.51，比pH酸度法測得的數(shù)值8.02和13.55更接近文獻值6和9，由此得出，電導(dǎo)法優(yōu)于pH法；由電導(dǎo)法來研究鹽效應(yīng)和超聲波效應(yīng)的影響，得出鹽效應(yīng)、超聲波效應(yīng)對乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)都有影響，它們均使其減小。關(guān)鍵字：電導(dǎo)法 pH酸度法 鹽效應(yīng) 超聲波效應(yīng) 正文1、 前言乙酸乙酯皂化反應(yīng)在工業(yè)中有著重要應(yīng)用。研究影響乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的

2、因素有重要意義，可以知道如何控制反應(yīng)條件，提高主反應(yīng)的速率，以增加化工產(chǎn)品的產(chǎn)量；可以知道如何抑制或減慢副反應(yīng)的速率，以減少原料的消耗，減輕分離操作的負擔(dān)，并提高產(chǎn)品的質(zhì)量；可以為科研成果的工業(yè)化進行最有設(shè)計和最優(yōu)控制，為現(xiàn)有的生產(chǎn)選擇提供最適宜的操作條件【1】。乙酸乙酯造化反應(yīng)是典型的二級反應(yīng)，受溫度、鹽效應(yīng)、磁效應(yīng)（微波、超聲波、磁鐵場）等的影響。目前溫度的影響文獻中顯見報道，但鹽效應(yīng)、超聲波效應(yīng)對它的影響文獻中鮮有報道?；谶@種現(xiàn)狀，本實驗主要研究鹽效應(yīng)及超聲波效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)的影響。試驗中測定的方法有電導(dǎo)法和pH酸度法。2、 實驗部分2.1 實驗儀器與試劑【實驗儀器】電導(dǎo)儀（DD

3、S-307，上海雷磁公司）臺式酸度計（PH211，HANNA公司）精密恒溫水槽（DF-02，南京舫奧科技有限公司）超聲波儀（SK-5200LH，上?？茖?dǎo)超聲儀器有限公司）秒表【實驗試劑】0.0400mol/LNaOH溶液0.0400mol/L 新配置的CH3COOC2H5溶液（分析純）0.0400mol/L NaCl溶液，蒸餾水2.2 實驗方法2.1.1 電導(dǎo)法【2】2.1.1.1 原理乙酸乙酯皂化反應(yīng)是二級反應(yīng)，其方程式為：CH3COOC2H5 + NaOHCH3COONa + C2H5OH氫氧根的電導(dǎo)率大，醋酸根電導(dǎo)率小。因此，在反應(yīng)進行的過程中，電導(dǎo)率大的氫氧根逐漸被電導(dǎo)率小的醋酸根取代

4、，溶液電導(dǎo)率明顯降低。對稀溶液而言，強電解質(zhì)的電導(dǎo)率L與其濃度成正比，而且溶液的總電導(dǎo)率就等于組成該溶液的電解質(zhì)電導(dǎo)率之和。因此可用電導(dǎo)率儀測量反應(yīng)進程中的電導(dǎo)率，根據(jù)Lo和（Lo-Lt）/t之間的線性關(guān)系算出斜率，從而算出反應(yīng)速率常數(shù)k。2.1.1.2實驗步驟：1）恒溫水槽調(diào)節(jié)溫度為25度2）打開電導(dǎo)儀，調(diào)整儀器3）取3只叉形電導(dǎo)池，分別加入15mL蒸餾水和15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒溫水槽中恒溫10分鐘。4）用電導(dǎo)儀測定已恒溫的蒸餾水與NaOH混合溶液的電導(dǎo)率Lo。將另外兩只叉

5、形電導(dǎo)池的溶液均勻混合并計時，在第4分鐘時插入電導(dǎo)電極，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分鐘時測定記錄電導(dǎo)率Lt。5）用Excel處理數(shù)據(jù)，平行2次測定。6）調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度為30度，重復(fù)上述3）4）5）步驟測定記錄處理數(shù)據(jù)。2.1.2 pH酸度法【3】2.1.2.1 原理乙酸乙酯皂化反應(yīng)方程式為：CH3COOC2H5 + NaOHCH3COONa + C2H5OH產(chǎn)物中NaOH呈堿性，其堿性比產(chǎn)物CH3COONa強。在反應(yīng)進行的過程中，NaOH的濃度逐漸減小，溶液堿性明顯降低，pH變小。這樣用嚴格方法測定溶液的pH值得方法的到各個時刻溶液中的氫氧根濃度，根據(jù)其變化

6、可得到反應(yīng)速率常數(shù)k。2.1.2.2 實驗步驟1）調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度為25度2）打開pH酸度計，調(diào)整儀器3）取2只叉形電導(dǎo)池，分別加入15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒溫水槽中恒溫10分鐘。4）將兩只叉形電導(dǎo)池的溶液均勻混合并計時，在第4分鐘時插入酸度計探棒，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分鐘時測定記錄pH值。5）用Excel處理數(shù)據(jù)，平行2次測定。6）調(diào)節(jié)恒溫水槽溫度為30度，重復(fù)上述3）4）5）步驟測定記錄處理數(shù)據(jù)。3、 結(jié)果與討論3.1 皂化反應(yīng)速率常數(shù)測定方法比較 求反應(yīng)速率的方法很多，歸納起來有

7、化學(xué)分析法及物理化學(xué)分析法兩類?；瘜W(xué)分析法是在一定時間取出一部分式樣，使用驟冷或取去催化劑等方法使反應(yīng)停止，然后進行分析，直接求出濃度。這種方法雖設(shè)備簡單，但是時間長，比較麻煩。物理化學(xué)分析法有旋光、折光、電導(dǎo)、分光光度等方法，根據(jù)不同情況可用不同儀器。這些方法的優(yōu)點是實驗時間短，速度快，可不中斷反應(yīng)，而且還可采用自動化的裝置。但是需要一定的儀器設(shè)備，并只能得出間接的數(shù)據(jù)，有時往往會因為某些雜質(zhì)的存在而產(chǎn)生較大誤差?！?】 為得到最佳方法本實驗采用電導(dǎo)法與pH酸度法來測出值，進行方法比較。其結(jié)果如圖a1-a8。注：電導(dǎo)法圖橫坐標(biāo)為（Lo-Lt）/t，縱坐標(biāo)為Lt；pH酸度法圖橫坐標(biāo)為t,縱坐標(biāo)

8、為10（14-pH） 圖a1 25電導(dǎo)法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一） 圖a2 25電導(dǎo)法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二） 圖a3 30電導(dǎo)法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一）圖a4 30電導(dǎo)法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二） 圖a5 25 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一）圖a6 25 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二）圖a7 30 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一）圖a8 30 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二）由圖可得表如下：電導(dǎo)法pH酸度法溫度（）25302530k16.609.647.2313.53k26.889.37 8.8013.5

9、6平均k6.749.518.0213.55文獻值6969相對誤差12.33%5.67%33.67%50.56% 由表比較可知，電導(dǎo)法測出值的相對誤差比pH酸度法測出的小，優(yōu)于pH酸度法。所以接下來的實驗采用電導(dǎo)法。實驗測得乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)30下為9.51。3.2 影響因素研究 由文獻可知，乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)受很多因素影響，其中鹽效應(yīng)、超聲波效應(yīng)對其影響文獻中鮮見報道，基于此，本實驗對其進行研究。3.2.1 鹽效應(yīng)對k的影響研究鹽效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的影響，實驗由電導(dǎo)法得出結(jié)果如圖b1-b4： 圖b1 30 2mL0.0400mol/L NaCl鹽效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)常

10、數(shù)影響曲線圖（一）圖b2 30 2mL0.0400mol/L NaCl鹽效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)影響曲線圖（二）圖b3 30 4mL0.0400mol/L NaCl鹽效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)影響曲線圖（一）圖b4 30 4mL0.0400mol/L NaCl鹽效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)影響曲線圖（二）由圖b1-b4可得下表：30/k=9.512mL4mLk110.208.80k27.768.45平均k8.988.63由表可知，鹽效應(yīng)使乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)減小，并且加入的鹽溶液濃度越大，乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)越小。在稀溶液中，lgK2zAzBI(1/2)為直線關(guān)系，其中zA，zB加入鹽

11、在溶液中的帶電量。加入的鹽為NaCl，則zAzB=-10，反應(yīng)速率隨離子強度增加而減小，既加入的鹽溶液越多，鹽溶液濃度越高，反應(yīng)速率常數(shù)越小?！?】3.2.2 超聲波對k的影響研究超聲波對乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的影響，實驗得出結(jié)果如圖c1-c4：圖c1 30°C，頻率59HZ，功率70%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一）圖c2 30°C，頻率59HZ，功率70%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二）圖c3 30°C，頻率59HZ，功率100%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（一）圖c4 30°C，頻率59HZ，功率100%的超聲波

12、下，乙酸乙酯皂化反應(yīng)常數(shù)曲線圖（二） 由圖c1-c4可得下表：30/k=9.5159HZ 70%59HZ 100%k19.108.63k29.209.32平均k9.158.98由表可知，超聲波效應(yīng)使乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)減小，并且頻率不變時，功率越大，乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)越小。由文獻可知，微波可以促進乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率加快。文獻中未有涉及超聲波的影響，本實驗通過相同條件下采用電導(dǎo)法測定超聲波處理下的乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)與未經(jīng)超聲波處理的進行比較，發(fā)現(xiàn)超聲波處理能使乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)減小。4、 小結(jié)經(jīng)過實驗證明電導(dǎo)率測得反應(yīng)速率常數(shù)比pH酸度法測得的更接近真實值，所以采用電導(dǎo)法測反應(yīng)速率常數(shù)。鹽效應(yīng)、超聲波效應(yīng)對乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)均有影響。鹽溶液濃度越高，乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)越小；超聲波頻率不變時，功率越大，乙酸乙酯反應(yīng)速率常數(shù)越小。參考文獻：【1】天津大學(xué)物理化學(xué)教研室編，李松林等修訂·物理化學(xué)·高等教育出版社2009年5月（第五版）第507頁【2】孫爾康等編·物理化學(xué)實驗·南京大學(xué)出版社，