二級反應-乙酸乙酯皂化反應動力學

二級反應—乙酸乙酯皂化反應動力學項目十二級反應—乙酸乙酯皂化反應動力學一、實驗目的1、測定乙酸乙酯皂化反應過程中的電導率變化，計算其反應速率系數(shù)。2、掌握電導率儀的使用方法。二、實驗原理乙酸乙酯皂化反應的反應方程式為：CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OH它的反應速率可用單位時間內(nèi)CH3COONa濃度的變化來表示：(1)式中a、b分別表示反應物酯和堿的初始濃度，x表示經(jīng)過t時間后CH3COONa的濃度，k2即，表示相應的反應速率系數(shù)。若反應物初始濃度相同，均為c0即a=b=c0，則式（1）變?yōu)椋?2)將上式積分得到：，起始濃度c0為已知，因此只要由實驗測得不同時間t時的x值，以x/(c0-x)對t作圖，若所得為一直線，證明是二級反應，并可以從直線的斜率求出k值。及濃度為（c0-c）的CH3COONa的電導率之和：t=KNaOHc+KCH3COONa（c0-c）(6)當t=時，OH－離子完全被CH3COO－離子代替，因此電導率應與產(chǎn)物的濃度c0相對應：=KCH3COONac0(7)(5)–(6)得(8)(6)-(7)得(9)將(8)、(9)式代入(3)式，可以得到(10)或(11)據(jù)此,以對t作圖，或t對作圖,可以得到一條直線。求直線的斜率可得反應速率常數(shù)k。如果知道不同溫度下的反應速率常數(shù)k(T2)和k(T1)，根據(jù)阿累尼烏斯公式，可計算出該反應的活化能E:(12)三、主要儀器與試劑DDS-11D型電導率儀1臺恒溫水浴1套雙管電導池1個秒表1個移液管(10ml)2支洗耳球1個大試管2支燒杯1個新鮮配置的0.020、0.010molL-1乙酸乙酯溶液0.020、0.010molL-1NaOH溶液。四、實驗過程1、打開恒溫槽電源，調(diào)節(jié)至252、測0在干凈的大試管中加入約20ml0.0100molL-1NaOH溶液，恒溫10min，測電導率（電導基本不隨時間變化），即為0。3、測在干凈的大試管中加入約20ml0.0100mol·L-1CH3COONa溶液，恒溫10min，測電導率，即為。4、測t圖Ⅲ-3-6雙管電導池用移液管分別移取10mL0.0200molL-1NaOH溶液放入A管，10mL0.0200molL-1CH3COOC2H5放入B管，同時將電導電極用蒸餾水沖洗后，用干濾紙小心吸干電極上粘附著的水分(要特別小心，嚴防碰擦電極，造成電極上的鉑黑脫落!只能用紙片輕輕接觸電極)后，把電極放人電導池的A管中，并將電導池置于恒溫槽中恒溫10min，用洗耳球?qū)管中的液體吹入A管，吹入一半時按下停表開始計時。反復混合均勻，每隔2min圖Ⅲ-3-6雙管電導池5、反應活化能的測定將反應溫度調(diào)節(jié)為35℃6、最后，電導電極經(jīng)自來水、蒸餾水沖洗后，按實驗前原樣放好。雙管電導池經(jīng)自來水、蒸餾水充分洗凈后，送烘箱烘干待用。五、注意事項1、裝待測溶液的大試管和電極用蒸餾水洗3遍，再用待測溶液洗3遍。2、測量用的雙管電導池應潔凈干燥。3、鉑黑電極插入電極插口時需固定牢固，以免接觸不良。4、測量過程中切勿使鉑黑電極與其他物件接觸，以免使電池常數(shù)發(fā)生變化。5、本實驗需用電導水最好先煮沸，否則電導水中溶有少量CO2，降低了NaOH的濃度，而使0值偏低，并避免接觸空氣及灰塵雜質(zhì)落入。6、配好的NaOH溶液要防止空氣中的CO2氣體進入。測定35℃的0值時，最好將溶液重新?lián)Q掉，以避免溶液會吸收空氣中的CO2而降低NaOH溶液的濃度，使得0值偏低。7、乙酸乙酯溶液和NaOH溶液濃度必須相同。若濃度不等，而所得結(jié)果仍用兩者的濃度相等的公式計算，則作圖所得直線也將缺乏線性。8、乙酸乙酯溶液需臨時配制，配制時動作要迅速，為了避免乙酸乙酯的揮發(fā)，應在容量瓶中事先加入適量的蒸餾水，這樣可以使加入的乙酸乙酯很快溶于水中形成溶液，減少了乙酸乙酯的損失，配制時動作要迅速。9、溫度對速率常數(shù)影響較大，需在恒溫條件下測定。在水浴溫度達到索要的溫度后，不急于馬上進行測定，而是將待測體系恒溫10min，否則會引起因起始時溫度的不恒定而是電導偏低或偏高，以致所得直線線性不佳。10、實驗過程中，要記錄不同反應時間時體系的電導率，因此兩溶液要盡快混合，且在混合時，按下秒表計時，反應在一段時間內(nèi)，體系的電導率下降較快，因此，這段時間測定的時間間隔期要短。六、數(shù)據(jù)處理1、將25℃、35室溫:,實驗溫度，大氣壓：。0=，=。25℃t/min/s-135℃t/min/s-12、分別作25℃、35℃時對t圖，由所得直線的斜率計算出25℃、353、代入阿倫尼烏斯公式求出反應的活化能。七、簡答題1、本實驗為什么可用測定反應液的電導率變化來代替濃度的變化？為什么要求反應的溶液濃度相當??？2、為什么本實驗要求當反應液一開始混合就立刻計時？此時反應液中的c0應為多少？3、試由實驗結(jié)果得到的值計算反應開始10分鐘后NaOH作用掉的百分數(shù)？并由此解釋實驗過程中測定電導率的時間間隔可逐步增加的原因。4、為什么由0.0100mol·dm-3的NaOH溶液和0.0100mol·dm-3的CH3COONa溶液測得的電導率可以認為是0，？5、如果兩種反應物起始濃度不相等，試問應怎樣計算k值？6、如果NaOH和乙酸乙酯溶液為濃溶液時，能否用此法求k值，為什么？7、為何本實驗要在恒溫條件下進行，且NaOH和CH3COONa溶液在混合前還要預先恒溫？8、反應分子數(shù)與反應級數(shù)是兩個完全不同的概念，反應級數(shù)只能通過實驗來確定。試問如何從實驗結(jié)果來驗證乙酸乙酯皂化反應為二級反應？9、乙酸乙酯的皂化反應為吸熱反應，試問在實驗過程中如何處置這一影響得到較好結(jié)果？八、討論1、在25℃下，CNaOH、CCH3COOC2H5均為0.02mol·L-1，其反應速率為k=6.4mol·L-1·min-1，其中反應速率常數(shù)與溫度的關系式為：乙酸乙酯皂化反應的活化能：Ea=27.3kJ·mol-12、由于空氣中的二氧化碳會溶入電導水和配制的氫氧化鈉溶液中，而使溶液濃度發(fā)生變化。因此，在實驗中可用煮沸的電導水，同事可在配好的氫氧化鈉溶液瓶上裝配堿石灰吸收管等方法處理。由于CH3COOC2H5溶液緩慢水解，且水解產(chǎn)物會部分消耗氫氧化鈉，故所用的溶液必須是新鮮配制的。3、電導值是電阻值的倒數(shù)。因此，電導值實際上是通過電阻的測量，計算電阻的倒數(shù)來求得的。電解質(zhì)溶液電導的測量本身有其特殊性，因為溶液中離子導電機理與金屬中電子的導電機理不同，伴隨著電導過程，離子在電極上放電，因而會使電極發(fā)生極化現(xiàn)象。因此，溶液電導值的測量通常都是用較高頻率的交流電橋來實現(xiàn)的，大多數(shù)電導測量使用的電極均鍍以鉑黑來減少電極本身的極化作用。因為鍍了鉑黑的電極能極大地增大電極的表面積，使相應的電流密度減小，同時又因為鉑黑的觸媒作用，降低了活化超電勢，故可減少電極極化。4、乙酸乙酯皂化反應還可以用pH法進行測定。當堿和乙酸乙酯的初始濃度不等時，設其濃度分別為a和b，且a＞b，則其反應速率方程的積分式為：設t=t和t=∞時，體系的[OH-]分別為[OH-]t和[OH-]∞，則有：當a、b較小時（一般小于0.01mol·dm-3），由于在稀溶液中體系的離子濃度變化不大，根據(jù)pH值的定義，在25℃時，可用酸度計測定體系的pH值。即通過測定t=t和t=∞時體系的pHt和pH∞求得[OH-]t和[OH-]∞。以對t作圖求直線的斜率，從而獲得速率常數(shù)k。5、電導、電導率測量技術(shù)與應用（1）基本概念電解質(zhì)溶液的電導反映了電解質(zhì)溶液中離子存在的狀態(tài)和運動信息，由于它在稀溶液中與離子濃度之間的簡單線性關系，而被廣泛用于分析化學和化學動力學過程的測試。在電解質(zhì)溶液中，電導G是電阻R的倒數(shù)，因此電導的測量實際上是通過測量電阻值后換算得到的。根據(jù)歐姆定律(2-1)式中：I為電流，V為電勢差，在SI制中電導的單位為“S”，稱為Siemens，中文名稱“西門子”，簡稱為“西”。溶液電導的測量是在由兩個平行板電極組成的導電池中進行的，因此，電導G應與電極面積A成正比，與兩電極之間的距離l成反比，比例系數(shù)為，稱為電導率，單位S·m-1?；?2-2)電解質(zhì)溶液的摩爾電導率m是指把含有1mol電解質(zhì)的溶液置于相距1m的兩電極之間的電導。若溶液的濃度c(mol·m-3)，則m與c的關系為：(2-3)（2）電導測量技術(shù)在測定溶液電導的過程中，若有電流通過電極，離子會在電極上發(fā)生反應而產(chǎn)生極化現(xiàn)象而引起誤差，測量時要使用頻率足夠高的交流電，以防止電解反應的發(fā)生。1)電導池電導池是由兩個相互平行的電極構(gòu)成的，電極之間充以被測溶液。根據(jù)測量體系的差別，選用合適的測量電極，例如在測量電導較大的溶液時，一般要選用鉑黑電極，以減少超電勢，提高測量結(jié)果的準確性。電導池一般采用高度不溶性玻璃或石英制成。其結(jié)構(gòu)如圖Ⅲ-2-12)交流電橋法測定電導圖Ⅲ-2-2是交流電橋示意圖，圖中G為交流電源（交流電源的頻率一般采用1000Hz），Rx是待測溶液，cd為均勻的滑線電阻（或交流電組箱），R3為可調(diào)電阻器，C為用以抵銷電導池電容的可變電容器，B為檢零器（可用示波器），當電橋處于平衡態(tài)時，ab間電流趨于零。圖Ⅲ-2-1電導池示意圖圖Ⅲ-2-2交流電橋示意圖故溶液的電導為：3)電導儀電導儀測量原理如圖Ⅲ-2-3圖Ⅲ-2-3電導儀原理圖圖Ⅲ-2-4DDS-11D型電導率儀示意圖1—表頭；2—電源開關；3—溫度補償調(diào)節(jié)器；4—常數(shù)補償調(diào)節(jié)器；5—校正調(diào)節(jié)器

；6—量程開關；7—電極支架；8—電極夾；9—后面板；10—電源插座；11—保險絲座；12—輸出插口；13—電極插座電導儀的測量原理如圖Ⅲ-2-3所示，完全不同于交流電橋，它是基于電阻分壓原理的一種不平衡測量方法。穩(wěn)壓器輸出穩(wěn)定的直流電壓，供振蕩器和放大器使用。振蕩器輸出的電壓不隨電導池電阻Rx的變化而改變，從而為電阻分壓回路提供一個穩(wěn)定的音頻標準電壓E。電阻分壓回路由電導池Rx和測量電阻箱Rm串聯(lián)而成。E加在該回路的AB兩端，產(chǎn)生一個測量電流Ix。根據(jù)歐姆定律：由于E和Rm都是恒定不變的，并且使Rm<<Rx則得由上式可以看出，測量電流Ix正比于電導池兩極間溶液的電導。從而把溶液電導的測量變換為電流的測量，調(diào)節(jié)測量電阻箱，使Rm<<Rx，當Ix流過Rm時即產(chǎn)生一個電位降Em=IxRm因Rm一經(jīng)設定后便固定不變了，所以。放大器的任務是將Em放大，再通過儀表顯示出來。4）電導率儀使用方法：①調(diào)節(jié)“溫度”補償旋鈕。用溫度計測出被測介質(zhì)溫度后，把“溫度”旋鈕置于相應介質(zhì)溫度的刻度上。注：若把旋鈕置于25℃②把電極插頭插入插座，使插頭之凹槽對準插座之凸槽，用食指按一下插頭之頂部，即可插入（拔出時捏住插頭之下部，往上一拔即可），然后把電極浸入介質(zhì)。③調(diào)節(jié)“常數(shù)”旋鈕。即把旋鈕置于與使用