物化實(shí)驗(yàn)報(bào)告：實(shí)驗(yàn)9乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定

1、實(shí)驗(yàn)9乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定姓名：盧巍學(xué)號：2005011871班級：化53同組人姓名:須丹丹實(shí)驗(yàn)日期：2007年11月13日提交報(bào)告日期：2007年11月27日指導(dǎo)教師：曾光洪實(shí)驗(yàn)9乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定姓名：盧巍 學(xué)號：2005011871班級：化53 同組人姓名：須丹丹實(shí)驗(yàn)f1期：2007年11月13 f1 提交報(bào)告日期：2007年11月27日 指導(dǎo)教師：曾光洪1引言實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 學(xué)習(xí)測定化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的一種物理化學(xué)分析方法電導(dǎo)法。2. 了解二級反應(yīng)的特點(diǎn)，學(xué)習(xí)反應(yīng)動力學(xué)參數(shù)的求解方法，加深理解反應(yīng)動力學(xué)特征。3. 進(jìn)一步認(rèn)識電導(dǎo)測定的應(yīng)用，熟練掌握電導(dǎo)率儀的使用方法。實(shí)

2、驗(yàn)原理反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度的二次方成正比的反應(yīng)為二級反應(yīng)，其速率方程式可以表示為 -=k2c2(1)dtk2dtc %將(1)積分可得動力學(xué)方程：(2)(3)式中：c()為反應(yīng)物的初始濃度；c為t時(shí)刻反應(yīng)物的濃度；k2為二級反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)。將1/c對t作圖應(yīng)得到一條直線，直線的斜率即為1<2。對于大多數(shù)反應(yīng)，反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系町以用阿累尼烏斯經(jīng)驗(yàn)方程式來表示：in k=lna e-(4)rt式中：巳為阿累尼烏斯活化能或反應(yīng)活化能；a為指前因子；k為速率常數(shù)。實(shí)驗(yàn)中若測得兩個(gè)不同溫度下的速率常數(shù)，就很容易得到由(5)就可以求出活化能e/。乙酸乙酯皂化反應(yīng)是一個(gè)典型的二級反應(yīng)，ch3c

3、ooc2h5+naoh t ch3coona+c2h5oht=0 時(shí)，c0c000xtc°(7)c°xt=00時(shí)，00x t c°設(shè)在時(shí)間t內(nèi)牛:成物的濃度為x,則反應(yīng)的動力學(xué)方程為=k2（c0_x）2 dt11 xq=t c0（c0-x）本實(shí)驗(yàn)使用電導(dǎo)法測量皂化反應(yīng)進(jìn)程中電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化。設(shè)心、兀和心分別代 表時(shí)間為0、t和00 （反應(yīng)完畢）時(shí)溶液的電導(dǎo)率，則在稀溶液中冇：瓦產(chǎn)a|c（）=a2c0k（=a（cox）+a2x心*t式中a|和a2是與溫度、溶劑和電解質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)的比例常數(shù)，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

4、傳對作圖可得一直線，直線的斜率為-k2c0,由此可以得到反應(yīng)速率系數(shù)2 °溶液中的電導(dǎo)（對應(yīng)于某一電導(dǎo)池）與電導(dǎo)率成正比，因此以電導(dǎo)代替電導(dǎo)率，（10） 式也成立。本實(shí)驗(yàn)既可采用電導(dǎo)率儀，也可采用電導(dǎo)儀。2實(shí)驗(yàn)操作2.1實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號及測試裝置示意圖：計(jì)算機(jī)及接口一套（或其他電導(dǎo)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備）；dds-11a型電導(dǎo)率儀一臺；恒溫槽一 套；混合反應(yīng)器3個(gè)；電導(dǎo)管2個(gè)；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(gè)；洗耳球一個(gè)。0.02mol - dm3naoh標(biāo)準(zhǔn)溶液（此濃度僅為人概值，具體值需實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)確滴定）；0.01 mol dn?naac

5、溶液（此濃度值為naoh標(biāo)準(zhǔn)溶液的一半）；乙酸乙酯（ar）；新鮮去 離了水或蒸憾水。2.2實(shí)驗(yàn)條件（實(shí)驗(yàn)溫度、濕度、壓力等）室溫 t= 14.3 °c2.3實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn)1乙酸乙酯溶液的配制。配制100 ml乙酸乙酯溶液，使其濃度與氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度相 同。乙酸乙酯的密度以下式計(jì)算：p/ （kg m3） = 924.54-1.168（t/°c）-1.95x10_3x （t/°c）2配制方法如下：在100ml容量瓶中裝2/3體積的水，丿ij 0.2ml刻度移液管移取適量的乙 酸乙酯于容量瓶中，用水稀至刻度，混勻待用。2檢查儀器藥站。3 接通電源。4設(shè)定恒溫

6、槽溫度為20°c,用稀釋一倍的蛍氧化鈉溶液將電導(dǎo)率儀指針調(diào)到0.8左右，打 開計(jì)算機(jī)，進(jìn)入乙酸乙酯數(shù)據(jù)采集界面。5將混合反應(yīng)器置于恒溫槽屮，用20ml移液管移取氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于1池屮，再移取 20 ml乙酸乙酯溶液于2池屮，將電導(dǎo)電極插入2池，怛溫約10分鐘，點(diǎn)擊顧,用洗 耳球使1、2池中溶液混合均勻，約20分鐘后，點(diǎn)擊題，命名存盤。6取適量酷酸鈉溶液丁電導(dǎo)管中，插入電導(dǎo)電極，恒溫后點(diǎn)擊而lc相對電導(dǎo)|,記錄酷酸 鈉溶液的電導(dǎo)率k（應(yīng)多次測量，直到顯示數(shù)據(jù)沒有太大變化）7 升高溫度35°c,重復(fù)步驟56測定反應(yīng)電導(dǎo)率的變化，直到35°c左右。8退出數(shù)據(jù)采集界而,

7、進(jìn)入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)界而中的反應(yīng)速率界而。輸入乙酸乙酯溶液濃度, 點(diǎn)擊|數(shù)據(jù)處理|,打開已測定完畢的曲線，移動光標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)信息的變化確定零點(diǎn)、終 止點(diǎn)。存盤。（如果以原名存盤，就會覆蓋原來的數(shù)據(jù)，建議改名存盤，便于以后修改 數(shù)據(jù)。）輸入序號、溫度、醋酸鈉相對電導(dǎo)，點(diǎn)擊讀入對應(yīng)數(shù)據(jù)文件|,找出并確定該溫 度下的文件名稱，點(diǎn)擊壓。輸入完畢示，點(diǎn)擊亟和極麵，計(jì)算結(jié)果就會在下表 顯示出來。3結(jié)果與討論1、乙酸乙酯用量:利用室溫為14.3°c以及乙酸乙酯密度計(jì)算公式：p / 伙g my ) = 924.54-1.168x(r/°c)-1.95xl0_3x(r/°c)2 = 9

8、07.43檢 / 品則配制0.02mol/lnaoh標(biāo)準(zhǔn)液相同濃度的乙酸乙酯需耍體積為：vc(naqh)x0.1lxm172mlp其中乙酸乙酯式量為m=0.088105kg/molo所以移取0.172ml分析純乙酸乙酯配制0.02mol/l 乙酸乙酯。2、不同溫度下naac溶液的電導(dǎo)率kj在不同溫度下naac溶液的電導(dǎo)率近似認(rèn)為是反應(yīng)完成后的電導(dǎo)率，其值列于下表:實(shí)驗(yàn)次數(shù)溫度(°c)koo ( s/cm )120.51-4.482223.51 3.409326.55 3.6253、速率常數(shù)計(jì)算在每個(gè)溫度下山計(jì)算機(jī)各采集一組溶液電導(dǎo)率隨時(shí)間的變化的數(shù)據(jù)，選擇直線區(qū)域每隔100s 左右取

9、一個(gè)數(shù)據(jù)，共采集8個(gè)數(shù)據(jù)處理(見卞表)。以k(対(g-kjt作圖，山直線斜率 求出相應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率系數(shù)k：3.1原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(節(jié)選)第一次：t=20.51°c時(shí)間ms)1101201301401501601701kt-8.52-8.39-8.23-8.12-7.91-7.79-7.72-7.53(s/cm)koo-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482-4.482(s/cm)(kt-koo)t-4.038-394.708-753.348-1095.038-1374.628-1657.308-1946.038-2136.648(ss/cm

10、)第二次：t=2351°c時(shí)間1101201301401501601701kt-7.33-7.12-6.96-6.79-6.70-6.56-6.43-6.31(s/cm)koo-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409-3.409(s/cm)(kt-koo)i(ss/cm)-3.921-374.811-713.751-1017.68-1319.69 1578.65 1815.62-2033.6第三次:t=2655°c時(shí)間1101201301401501601701kt-7.41-7.22-7.04-6.85-6.75-6.58-6.

11、48-6.39(s/cm)koo-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625-3.625(s/cm)(kt-koo)t 3.785-363.095686.415-970.7251253.13 1480.46-1715.86-1938.27(ss/cm)32計(jì)算的數(shù)據(jù)、結(jié)果(1)從保存的數(shù)據(jù)文件中選取一段,每隔100s取和t值,以兀對(2心)t作圖，由直線斜率求出相應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率系數(shù)k201、利用第一組數(shù)據(jù)作圖：(eqs)s擬合直線方程為：y二8560494.56526e4xr=0.987102、對第二組數(shù)據(jù)作圖(e。彷)-2000-1500-1000

12、-5000擬合直線方程:y=-7.316-4.88612e-4xr=0-997653、對笫三組數(shù)據(jù)作圖：-2000-1500-1000-50004.27.(wo/s)匸擬合直線方程：y=-7.40515-5.37486e-4xr=0.99785(2)由于naoh與乙酸乙酯是等體積混合,c0=l/2* c(naoh)=0.01 mol/l=10 movm3,可以求出溫度t. kco、k以及ink皆列于下表:實(shí)驗(yàn)組號t(k)kco(s"a)k (m3/mol/s)ink1293.660.0004570.0000457-9.993412296.660.0004890.0000489-9.9

13、25733299.70.0005370.0000537-9.8321由上表的數(shù)據(jù)ink與t,根據(jù)公式ln(k)二ea/rt+b,做ink對1/t的直線:0.00333 0.00334 0.00335 0.00336 0.00337 0.00338 0.00339 0.00340 0.003411/t°c擬合直線方程 y=-1.99512-2350.07258xr=0.99552斜率為-et/r=-2350.0725,所以e.=1953&5 j/mol 實(shí)驗(yàn)所得e.=24816.19862j/mol3.3討論分析(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問題1. 配制乙酸乙酯溶液時(shí)應(yīng)當(dāng)示加入乙酸乙酯

14、，防止乙酸乙酯的揮發(fā)過快彩響濃度。2. 反應(yīng)速率隨溫度的變化會加快，實(shí)驗(yàn)時(shí)一定要保證恒溫。3. 取完naoh溶液后要蓋好瓶蓋，防止吸水引起濃度的變化。(2)實(shí)驗(yàn)體會木次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)擬合結(jié)果的相關(guān)系數(shù)比較不理想。這在實(shí)驗(yàn)屮也行體現(xiàn)，數(shù)據(jù)點(diǎn)波動比 較大，究其原因可能是設(shè)備問題。因?yàn)椴僮鳑]有錯誤。所以系統(tǒng)誤差難以避免。本次實(shí)驗(yàn)時(shí) 間鮫長，但是對操作的耍求比較一般。4結(jié)論1、本次實(shí)驗(yàn)所求得的k值列在下表:實(shí)驗(yàn)組號t(k)kco(s-a)k (m3/mol/s)ink1293.660.0004570.0000457-9.993412296.660.0004890.0000489-9.925733299

15、.70.0005370.0000537-9.83212、得到的活化能值為efl=19538.5 j/mol5參考文獻(xiàn)1. 李德忠,化學(xué)通報(bào),1992, (9) 5355。2. 金家駿，化學(xué)通報(bào)，1974, (3)； 1981, (11)。3. 清華人學(xué)化學(xué)系物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)編寫組，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，清華人學(xué)出版社，1991,201209。4. 淮陰師范學(xué)院化學(xué)系，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，高等教育出版社，2002, 141148。6附錄思考題1. 配制乙酸乙酯溶液時(shí)，為什么在容量瓶中要先加入部分蒸懈水？答：乙酸乙酯容易揮發(fā)，而且木次配制時(shí)所需要的乙酸乙酯僅有0.176ml,因此如果揮 發(fā)，將使乙酸乙酯濃度ijna

16、oh濃度不再相等，對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生較大的誤差。2. 為什么乙酸乙酯和naoh溶液濃度必須足夠??？請推導(dǎo)出公式心=人“小a】的表達(dá) 式，從而說明其為常數(shù)的條件。答：本次實(shí)驗(yàn)初始，溶液屮起導(dǎo)電作用的主耍是naoh,只有在濃度足夠稀時(shí)，才會有 強(qiáng)電解質(zhì)的電導(dǎo)與其濃度成正比，而n溶液的總的電導(dǎo)等于各離子的電導(dǎo)z和這一關(guān)系 成立。而為了使本次實(shí)驗(yàn)的計(jì)算方便，故而應(yīng)該使乙酸乙酯的濃度和naoh的濃度相 等，即也必須足夠稀。而且z后隨著ch3coo的生成，oh的減少，ch3coo-會水解 而減少，只有足夠稀的時(shí)候才不會使ch3coo-因水解而減少，從而保證了電導(dǎo)與濃度 成正比，進(jìn)而能夠使用原理當(dāng)中提到的公式加以計(jì)

17、算。a g a g 12k= n mc = lc=>a = nn其中9為lmol電解質(zhì)的電導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)中也為常數(shù)，所以£為常數(shù)。n3. 若配制溶液時(shí)用的不是去離了水，電導(dǎo)管和混合器未洗干凈，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果冇彩響？ 答：如果不是去離子水，電導(dǎo)管和混合器未洗干凈，則在實(shí)驗(yàn)中有干擾離子參少導(dǎo)電,測得的電導(dǎo)率變大，最終得到的速率系數(shù)也變大。4. 預(yù)先單獨(dú)用naoh溶液來調(diào)整電導(dǎo)率儀有何作用？答：這樣做能夠使的電導(dǎo)儀的工作范圍在一個(gè)相對穩(wěn)定的、測量較梢確的區(qū)域，減少了 儀器帶來的誤差。同時(shí)避免了電導(dǎo)率儀超量程情況的發(fā)生。5. 設(shè)計(jì)思想是什么？請?zhí)岢銎渌幕旌戏椒ā４穑涸O(shè)計(jì)思想是在反應(yīng)一旦進(jìn)行，就能夠采集到的相應(yīng)的數(shù)據(jù)，因此，其它