乙酸乙酯皂化反應速率系數測定

1、物化試驗 乙酸乙酯造化反應速率系數測定 張冶乙酸乙酯皂化反應速率系數測定姓名：張冶 學號： 班級：化21同組實驗者：努爾艾力·麥麥提實驗日期：2014-10-23 提交報告日期：2014-10-30實驗教師：麻英1 引言1.1 實驗目的a. 學習測定化學反應動力學參數的一種物理化學分析方法電導法。b. 了解二級反應的特點，學習反應動力學參數的求解方法，加深理解反應動力學特征。c. 進一步認識電導測定的應用，熟練掌握電導率儀的使用方法。1.2 實驗原理反應速率與反應物濃度的二次方成正比的反應為二級反應，其速率方程式可以表示為 （1）將（1）積分可得動力學方程： （2） （3）式中：c0

2、為反應物的初始濃度；c為t時刻反應物的濃度；k2為二級反應的反應速率常數。將1/c對t作圖應得到一條直線，直線的斜率即為k2。對于大多數反應，反應速率與溫度的關系可以用阿累尼烏斯經驗方程式來表示： （4）式中：Ea為阿累尼烏斯活化能或反應活化能；A為指前因子；k為速率常數。實驗中若測得兩個不同溫度下的速率常數，就很容易得到 （5）由（5）就可以求出活化能Ea。乙酸乙酯皂化反應是一個典型的二級反應，t = 0時， c0 c0 0 0t = t時， c0-x c0-x x xt = 時， 0 0 設在時間t內生成物的濃度為x，則反應的動力學方程為 （6） （7）本實驗使用電導法測量皂化反應進程中電

3、導率隨時間的變化。設0、t和分別代表時間為0、t和（反應完畢）時溶液的電導率，則在稀溶液中有：式中A1和A2是與溫度、溶劑和電解質的性質有關的比例常數，由上面的三式可得 （8）將（8）式代入（7）式得： （9）整理上式得到 （10）以t對(t-)t作圖可得一直線，直線的斜率為-k2c0，由此可以得到反應速率系數k2。溶液中的電導（對應于某一電導池）與電導率成正比，因此以電導代替電導率，（10）式也成立。實驗中既可采用電導率儀，也可采用電導儀。2 實驗操作2.1 實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖儀器：計算機及接口一套（或其他電導數據記錄設備）；DDS-11A型電導率儀一臺；恒溫槽一套；混合反應

4、器3個；電導管2個；20ml移液管2支；10ml移液管2支；0.2ml移液管1支；100ml容量瓶1個；洗耳球一個。藥品：0.01852mol·L-3NaOH標準溶液；0.009045mol·L-3NaAc溶液（此濃度值為NaOH標準溶液的一半）；乙酸乙酯（AR）；新鮮去離子水或蒸餾水。本實驗的核心裝置為混合反應器，如下圖所示：圖1 混合反應器示意圖2.2 實驗條件環(huán)境溫度：17.5 相對濕度：39% 環(huán)境氣壓：102.5kpa2.3 實驗操作步驟及方法要點2.3.1 配制乙酸乙酯溶液 配制100ml乙酸乙酯溶液，使其濃度與氫氧化鈉標準溶液相同。乙酸乙酯的密度根據下式計算：

5、 根據環(huán)境溫度，求得乙酸乙酯的密度為903.50g/L，則需要乙酸乙酯的體積為：V=CNaOHVNaOHM=0.14535ml 配制方法如下：在100ml容量瓶中裝2/3體積的水，用0.2ml刻度移液管吸取0.145ml乙酸乙酯，滴入容量瓶中，加水至刻度，混勻待用。2.3.2 準備工作檢查儀器藥品，接通電源。設定恒溫槽溫度為20左右，并接通相應設備電源，調好相應參數，準備數據采集。2.3.3 測量用20ml移液管移取氫氧化鈉標準溶液于1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，將電導電極插入2池，再取適量醋酸鈉溶液于電導管中，將反應器和電導管放入恒溫槽中，一起恒溫約10分鐘。待溫度計示數不改

6、變時，開始進行數據采集，再用洗耳球使1、2池中溶液迅速混合均勻，35次擠壓即可。約25分鐘后即可停止實驗。清洗電導電極后，將其插入到電導管中，測定醋酸鈉溶液的電導率（應多次測量，直到顯示數據沒有太大變化為止）。再次清洗電導電極。升高溫度1左右，重復以上步驟測定反應電導率的變化，一共進行三次實驗即可。2.4 實驗注意事項a. 溫度的變化會嚴重影響反應速率，因此一定要保證恒溫。b. 不要敞口放置NaOH溶液，以防吸收空氣中CO2，使其濃度變化。c. 混合過程既要快速進行，又要小心謹慎。不要將溶液擠出混合器。d. 過程中更換反應液需要將電導率電極清洗干凈，但不可擦拭內部鍍有鉑黑的部分。e. 采集數據

7、過程中，要盡量避免對計算機進行其他操作，以防數據失真。f. 控溫時，以溫度計示數為準，控溫儀的旋鈕應謹慎調節(jié)，最好始終使恒溫槽處于加熱恒溫狀態(tài)，因降溫的速度比較慢。3 結果與討論3.1 原始實驗數據氫氧化鈉溶液濃度：0.01491mol/L，純乙酸乙酯體積：0.14535ml乙酸乙酯溶液濃度：0.01491mol/L，醋酸鈉溶液濃度：0.00750mol/L反應溶液電導率的原始數據略去，NaAc電導率和反應溫度等數據見下表：表a 不同溫度下的同濃度NaAc溶液電導率溫度/202122NaAc電導率 s/cm5255365523.2 計算的數據、結果 3.2.1 計算反應速率常數(1) 實驗點1

8、溫度：20.00，=525S/cm數據處理方法：首先，在測得的一系列電導率中，找到其最高點，刪去之前的數據，將該點作為t=0；再在該點之后的數據點中，刪去明顯的波動，或是用線性插值替換；最后將t-t為自變量，t為因變量，即借助公式t=-k2c0t-t+0t，用Origin8.0進行線性擬合，得到斜率，再除以-c0即為反應速率常數2。所得結果如下：圖1 20時所得數據圖像則反應速率t為:t=-ac0=0.062850(L/mol/s)(2) 圖2 21時所得數據圖像則反應速率為：t=-ac0=0.067826(L/mol/s)(3)圖3 22時所得數據圖像則反應速率t為t=-ac0=0.0741

9、27(L/mol/s)綜上，有實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990按公式擬合，得到圖4 3個溫度下實驗數據擬合則Ea=59.68kJ/mol若減少所取數據的區(qū)間從近900的數據中選取前600對(第三組數據較穩(wěn)定，故不做修改)得實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990則Ea=56.82kJ/mol用origin8

10、.0擬合時，發(fā)現，用從最高點開始到記錄結束所有數據的擬合結果，其值稍偏大，為59.678KJ/mol，而用前兩組的前600對數據與第三組的所有數據的擬合結果為56.819KJ/mol,兩個結果有所不同，而就擬合曲線的線性行來說，采用所有數據的擬合效果較好。而在實驗室中所得到的結果為：實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395活化能Ea為60.74kJ/mol所得各個結果的差距并不大，用三種處理方法得到的結果相近。 4 結論本實驗我們獲得了三個溫度下的乙酸乙

11、酯皂化反應速率常數和活化能，如下表所示：結果一：全體數據Origin8.0擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990Ea=59.68kJ/mol結果二：選擇部分數據origin8.0擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990Ea=56.819kJ/mol結果三：實驗室計算機擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/

12、cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395Ea=60.74kJ/mol 5 參考文獻1. 基礎物理化學實驗，高等教育出版社，賀德華、麻英、張連慶，2008年5月第1版2. 物理化學，清華大學出版社，朱文濤,2011年9月第1版6 附錄思考題6.1 配制乙酸乙酯溶液時，為什么在容量瓶中要先加入部分蒸餾水？答：因為乙酸乙酯容易揮發(fā)，加入水可以起到稀釋的作用，減少乙酸乙酯的揮發(fā)，減小實驗誤差。6.2 為什么乙酸乙酯和NaOH溶液濃度必須足夠稀？請推導出公式中A1的表達式，從而說明其為常數的條件。

13、答：只有溶液濃度足夠稀，離子之間距離足夠大，才可忽略離子之間相互影響，即“離子獨立遷移定律”，溶液的電導率與溶液離子濃度成正比。公式推導：當溶液足夠稀時，有對于乙酸乙酯溶液同樣有上式成立。 所用A1為常數的條件是：溶液足夠稀，即保證離子之間的距離足夠大。 6.3 若配制溶液時用的不是去離子水，電導管和混合器未洗干凈，對實驗結果有影響？答：若在反應溶液存在雜質離子，則雜質離子的電導率會被算入，從而導致總的電導率有所上升，即所測得的電導率并不是實際所需要測量的溶液的電導率。而且，若雜質中存有能與反應物反應的離子，將會使反應結果更加不準確。6.4 預先單獨用NaOH溶液來調整電導率儀有何作用？答：可以讓測量的數據在儀器的一定刻度范圍內，防止超量程，損壞儀器，同時也可將電導率儀調至最佳的測量范圍，可以減小實驗誤差。6.5混合反應器的設計思想是什么？請?zhí)岢銎渌姆椒ā４穑夯旌戏磻饕髢煞N物質快速且充分地接觸。它是利用洗耳球將某一種液體壓入另一種當中，并通過多次強制對流，使其快速且充分地進行接觸，并利用溢流裝置，防止擠入的液體量過多時，將塞子頂出。其他方法：使用攪拌