最新電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)含思考題答案

1、電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)07化四20072401175鐘國莉指導(dǎo)老師：李國良 小組成員：肖玉嬋 黃婷 鐘國莉【實驗?zāi)康摹繉W(xué)習(xí)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;了解二級反應(yīng)的特點，學(xué)會用圖解計算法求二級反應(yīng)的速率常數(shù)；熟悉電導(dǎo)儀的使用。【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:CH3COOC2H5+ NaOH = CH 3OONa + C2H5OHt=0C0C0t=tCtCtt= a0dc0kc2,速率萬程式dt0 0Co - CtC0 -CtC0C0積分并整理得速率常數(shù)k的表達(dá)式為:k 1 7 tCoCt假定此反

2、應(yīng)在稀溶液中進(jìn)行，且CH3COONa全部電離。則參加導(dǎo)電離子有 Na*、OH、CH3COO ,而Na*反應(yīng)前后不變，OH的遷移率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 CH3COO，隨著反應(yīng)的進(jìn)行， OH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0、 t和 分別為0、t和a時刻的電導(dǎo)率，則:t=t時，C0 -Ct=K (0- t ) K為比例常數(shù)t fa時，C0= K （0 -）1t聯(lián)立以上式子，整理得：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0 t t作圖，可得一直線，則直線斜率m1，從而求得此溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)k。kC0

3、kC00 tt(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?！緝x器與試劑】電導(dǎo)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(1.985x 10-2mol/L )乙酸乙酯溶液(1.985X 10-2mol/L )【實驗步驟】調(diào)節(jié)恒溫槽的溫度在 26.00 C；在1-3號大試管中，依次倒入約20mL蒸餾水、35mL 1.985 x 10-2mol/L的氫氧化鈉溶 液和25mL1.985 x 10-2mol/L乙酸乙酯溶液，塞緊試管口，并置于恒溫槽中恒溫。安裝調(diào)節(jié)好電導(dǎo)率儀；0的測定：從1號和2號試管中，分別準(zhǔn)確移取10mL

4、蒸餾水和10mL氫氧化鈉溶液注入 4號試管 TOC o 1-5 h z 中搖勻，至于恒溫槽中恒溫，插入電導(dǎo)池，測定其電導(dǎo)率0 ；t的測定：從2號試管中準(zhǔn)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(zhǔn)確移取10mL乙酸乙酯溶液也注入 5號試管中，當(dāng)注入 5mL時啟動秒表，用此 時刻作為反應(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2mi n時開始讀 t值，以后每隔2min讀一次，至30min時可停止測量。反應(yīng)活化能的測定：在35 C恒溫條件下，用上述步驟測定t值?！緮?shù)據(jù)處理】求26 C的反應(yīng)速率常數(shù)k1,將實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果填入下表:恒溫溫度=2

5、8.00C0=2.29ms cm1V乙酸乙酯=10.00mL乙酸乙酯=1.9850 x 10-2mol/LUao=10.00mLNaOH=1.9850-2x 10 mol/L-2C0=0.5 x 1.9850 x 10 mol/L1.31.2 -0.000.050.100.150.200.25t) /t /ms/cm-1實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表 1:t/min-1t /ms cmz-1(0 - t ) / ms cm0t ,-1. -1/ ms cm min t21.8470.4430.22241.7480.5420.13661.6430.6470.10881.5620.7280.091101.4

6、970.7930.079121.4420.8480.071141.3920.8980.064161.3480.9420.059181.3090.9810.055201.2731.0170.051221.2411.0490.048241.2131.0770.045261.1871.1030.042281.1641.1260.040301.1421.1480.038圖1:0t :t-tt=1.08-4.15(JR=0.923631.1 -1數(shù)據(jù)處理：t對一0-作圖，求出斜率m,并由m求出速率常數(shù)tkcom=4.15, k1=1/(mco)=1/(4.15*1.985O*O.5*1O -2)mol

7、L-1 min=24.3L/(mol min) 文獻(xiàn)參考值：k (298.2K ) = ( 6 1) L/(mol min)采用同樣的方法求 35C的反應(yīng)速率常數(shù)k2，計算反應(yīng)的表觀活化能Ea：a、35 C的反應(yīng)速率常數(shù) k2恒溫溫度=35.00 C0=2.63ms cm1V乙酸乙酯=10.00mL2VaoEO.OOmLNaOH=1.9850-2x 10 mol/L乙酸乙酯=1.9850 x 10- mol/LC0=0.5 x 1.9850 x 10-2mol/L實驗數(shù)據(jù)記錄及處理表2 :t/min-1t /ms cm/ 、 -1(0 - t) / ms cm0t-1-1/ ms cm min

8、 t21.790.840.42041.650.980.24561.511.120.18781.411.220.153101.331.30.130121.271.360.113141.221.410.101161.171.460.091181.141.490.083201.111.520.076221.081.550.070241.061.570.065261.041.590.061281.021.610.058301.011.620.054圖2:0tt- t1mc mt1.81.61.4t=Q.96+2.34(t)/t-R=Q.945441.21.0 -Q.QCQ.Q5Q.1QQ.15Q.2Q

9、Q.25Q.3QQ.35Q.4QQ.45(t)/t /ms/cm-1m=2.34, ki=1/(mco)=1/(2.34*1.985O*O.5*1O -2)mol L-1 min=43.1L/(mol min)文獻(xiàn)參考值：k (3Q8.2K ) = (10土 2) L/(mol min)b.計算反應(yīng)的表觀活化能：t k1/k2=m2/m1In(k2/k1)=Ea/R (1/T1-1/T2) In(mm2)=Ea/R (1/T1-1/T2) Ea=Rln(m 伽2) T 訂2/(T2-T1)=8.314 X ln (4.15-2.34)x 308 X 299- (308 299)J/mol=48

10、.7kJ/mol文獻(xiàn)值：Ea=46.1kJ/mol相對誤差：(48.7-46.1)- 46.1 X 100%=5.64%【結(jié)果分析與討論】根據(jù)本實驗中測定的數(shù)據(jù)作t- 圖，圖形為拋物線并非直線：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。如果從6min開始測定，即去掉前兩個數(shù)據(jù)，重新作圖，則t- 1圖線性提高了。以t26.0C數(shù)據(jù)為例作圖對比：去點前：1.91.8 _1.7 1.6 _1.5 1.41.3 -1.2 1.1 -0.000.050.10去點后:t=1.08-4.15R=0.923630.150.201.4t =0.88+7.50(t)

11、 /tR=0.989491.31.21.1 _ _0.030.040.050.060.070.080.090.11t)/t作t)/t0.25t)/t/ms/cm/ms/cm-1-1圖得斜率m，根據(jù)m求出k值約為文獻(xiàn)值的t4 倍:26.0 C：m=4.15, k1=1/(mc0)=1/(4.15*1.985O*O.5*1O -2)mol L-1 min=24.3L/(mol min) 文獻(xiàn)參考值：k (298.2K ) = ( 6 1) L/(mol min)35.0 C：m=2.34, k1=1/(mc0)=1/(2.34*1.985O*O.5*1O -2)mol L-1 min=43.1L/

12、(mol min) 文獻(xiàn)參考值：k (308.2K ) = (10 2) L/(mol min)分析原因：實驗過程中加入乙酸乙酯后沒有充分混合就開始測定，由于電導(dǎo)率儀處于主要是乙酸乙酯的環(huán)境氛圍內(nèi)，所以測定的Kt偏小，而-值偏大，則作圖所得斜率t偏小。由于實驗過程中，加入乙酸乙酯的操作及插放電導(dǎo)率儀的操作都由我完成的，所以在不同溫度下所測定的數(shù)據(jù)都出現(xiàn)的相同程度的負(fù)偏差?！咎釂柵c思考】為何本實驗要在恒溫條件進(jìn)行，而CH 3COOC 2H 5和NaOH溶液在混合前還要預(yù)先恒溫？答：因為反應(yīng)速率 k受溫度的影響大，(kT+10) /kT=24，若反應(yīng)過程中溫度變化比較 大，則測定的結(jié)果產(chǎn)生的誤差較

13、大； 反應(yīng)物在混合前就預(yù)先恒溫是為了保證兩者進(jìn)行反應(yīng)的 時候是相同溫度的，防止兩者溫差帶來溫度的變化影響測定結(jié)果。為什么CH3COOC2H5和NaOH起始濃度必須相同， 如果不同，試問怎樣計算k值？ 如何從實驗結(jié)果來驗證乙酸乙酯反應(yīng)為二級反應(yīng)？答：因為乙酸乙酯的皂化反應(yīng)是二級反應(yīng)， 為了簡化計算， 采用反應(yīng)物起始濃度相同。 如果不同，則 k=1/t(a-b) lnb(a-x)/a(b-x)。選擇不同濃度的 CH3COOC2H5和NaOH溶液， 測定不同濃度的反應(yīng)物在相同反應(yīng)條件下的反應(yīng)速率。有人提出采用 pH 法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)，此法可行嗎？為什么？答： 可以。 CH3COOC2H5OH =CH3COOC2H5OH， 反應(yīng)速率方程為 ： v=dx/dt=k(a-x)(b-x)，當(dāng)起始濃度相同(a=b)，對該式積分簡化得：k=x/ta