實驗八-電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)

1、實驗四電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)一、目的要求用電導(dǎo)率儀測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)進(jìn)程中的電導(dǎo)率學(xué)會用圖解法求二級反應(yīng)的速率常數(shù)，并計算該反應(yīng)的活化能學(xué)會使用電導(dǎo)率儀和恒溫水浴二、基本原理1乙酸乙酯皂化是一個二級反應(yīng)，其反應(yīng)式為CH3COOC2H5+Na+OH-CH3COO-+Na+C2H5OH在反應(yīng)過程中，各物質(zhì)的濃度隨時間改變。某一時刻的OH-離子濃度，可以用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定,也可以通過測量溶液的某些物理性質(zhì)而求出。以電導(dǎo)率儀測定溶液的電導(dǎo)率值1C隨時間的變化關(guān)系，可以監(jiān)測反應(yīng)的進(jìn)程，進(jìn)而可以求算反應(yīng)的速率常數(shù)。反二級反應(yīng)的速率與應(yīng)物的濃度有關(guān)。方便起見，設(shè)計實驗時應(yīng)物的濃度均采用a作為起始濃

2、度。當(dāng)反應(yīng)時間為t時,反應(yīng)所生成的CH3COO-和C2H5OH的濃度為x,貝UCH3COOC2H5和NaOH的濃度為(a-x)。設(shè)逆反應(yīng)可以忽略，則有CH3COOC2H5CH3COOC2H5+NaOHCH3COONa+C2H5OHca-x000xxrcF(1)t=0ct=ta-xtr0二級反應(yīng)的速率方程可表示為夸=輪7積分得t時的x值，以對t作圖，應(yīng)得a-x降。在一定范圍內(nèi)可以認(rèn)為體系的電導(dǎo)值減少量和即t=t時，x=3(A©t=8時，a=3(a-司式中E0和Et分別為起始和t時的電導(dǎo)值,將3，4代入2得i-nt/it-zaktCH3COONa的濃度x的增加量成正比，(3)(4)為反應(yīng)

3、終了時的電導(dǎo)值，3為比例常數(shù)。(5)起始濃度a為已知，因此只要由實驗測得不同時間一直線，從直線的斜率m(=ak)便可求出k值。由于反應(yīng)是在稀水溶液中進(jìn)行的，因此可以假定CH3COONa全部電離。溶液中參與導(dǎo)電的離子有Na+,OH-和CH3COO-等，而Na+反應(yīng)前后濃度不變，OH-的遷移率比CH3COO-大得多。隨反應(yīng)時間的增加，OH-不斷減少，而CH3COO-不斷增加，所以體系的電導(dǎo)值不斷下從直線方程5知，只要測定出E0,E8以及一組值以后，利用30-Et/Et-E8對t作圖，應(yīng)的一直線，由斜率即可求得反應(yīng)的速率常數(shù)k,k的單位為min-1.mol-1.dm3。由電導(dǎo)與電導(dǎo)率e的關(guān)系式：G=

4、e#代入式得:電=上.寸嶼+反是1'我3本實驗可以不測E8,通過實驗測定不同時間溶液的電導(dǎo)率Et和起始溶液的電導(dǎo)率E0,以Kt對至二作圖，也得一直線，從直線的斜率也可求出反應(yīng)速率數(shù)k值。£在不同溫度Ti、T2時測出反應(yīng)速率常數(shù)K（Ti）,K（T2）,則由阿倫尼烏斯公式求酸反應(yīng)的活化K(T2)E(T2Ti)lnK(Ti)RTT2三儀器試劑DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀1套秒表1只3NaOH（新鮮配制）雙管電導(dǎo)池13CH3COOC2H5（新鮮配制移液管2只四實驗步驟1.啟動恒溫水浴，調(diào)至所需溫度。恒溫水浴的構(gòu)造和使用方法可參閱實驗一。本實驗可采用DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀。DDS

5、J-308A型電導(dǎo)率儀是一臺智能型的實驗室常規(guī)分析儀器，它適用于實驗室精確測量水溶液的電導(dǎo)率及溫度、總?cè)芙夤腆w量TDS及溫度，也可以測量純水的純度與溫度，以及海水淡化處理中的含鹽量的測定。對常數(shù)1.0、10類型的電導(dǎo)電極有“光亮”和“伯黑”兩種形式。電導(dǎo)電極出廠時，每支電極都標(biāo)有一定的電極常數(shù)。用戶需將次值輸入儀器。例如：電導(dǎo)電極常數(shù)為0.98,我Oc2.10inS/cin«!LOOa:0.020圖1電導(dǎo)率儀正面圖則具體操作如下：在電導(dǎo)率測量狀態(tài)下,按“電極常數(shù)”鍵，儀器顯示很多字，其中“選擇”指選擇電極常數(shù)檔次，“調(diào)節(jié)”指調(diào)節(jié)當(dāng)前檔次下的電極常數(shù)值。當(dāng)電導(dǎo)率100.00mS/cm時

6、，必須采用電極常數(shù)為10的電極，（S106S）。電源插座接通通用電器源的電源，儀器可以進(jìn)行正常操作。按下“ON/OFF鍵，儀器將顯示廠標(biāo)、儀器型號、名稱，即“DDSJ-308A型電導(dǎo)率儀”。幾秒后，儀器自動進(jìn)入測量工作狀態(tài)，此時儀器采用的參數(shù)為用戶最新設(shè)置的參數(shù)。如果用戶不需要改變參數(shù)，則無需進(jìn)行任何操作，即可直接進(jìn)行測量。測量結(jié)束后，按“ON/OF戶鍵，儀器關(guān)機(jī)。如果需要改變參數(shù)如改變電極常數(shù)，改變測定模式，可通過儀器提示進(jìn)行參數(shù)改變。3. 0和的測量兩個不同溫度25C和30C下采用雙管電導(dǎo)池，其裝置如圖二。先將伯黑電極取出，浸入電導(dǎo)水中。取下橡皮塞，將雙管電導(dǎo)池洗凈烘干，加入適量100mo

7、l/dm3NaOH溶液，再將伯黑電極取出，用相同濃度的NaOH溶液淋洗。按圖二組裝電導(dǎo)池，置于恒溫水浴10min。接上電導(dǎo)率儀，按實驗步驟3,測量溶液的電導(dǎo)率值，每隔2min讀一次數(shù)據(jù)，讀三次取平均值0。以3CH3COONa溶液的電導(dǎo)率值作為反應(yīng)結(jié)束后，傾去反應(yīng)物，洗凈電導(dǎo)池，重新測量4.t的測量兩個不同溫度25C和30C下圖2雙管電導(dǎo)池示意圖如果與反應(yīng)前的電導(dǎo)率值基本一致，可終止實驗。本實驗中可以不測雙管電導(dǎo)池和電極的處理方法同前，安裝后置于恒溫水浴內(nèi)，然后用移液管吸取10ml/dm3NaOH注入A管，用移液管吸取10ml/dm3CH3COOC2H5注入B管，置于恒溫水浴10min,用吸耳球

8、將CH3COOC2H5壓入A管。注入一半時，記錄時間。反復(fù)壓幾次，使溶液混合均勻，并立即開始測量其電導(dǎo)值，每隔2min讀一次數(shù)據(jù)，直至電導(dǎo)值變化不大時一般反應(yīng)時間為45min至1h，可停止測量。反應(yīng)結(jié)束后，傾去反應(yīng)物，洗凈電導(dǎo)池，將伯黑電極侵入電導(dǎo)水中。五數(shù)據(jù)處理1. 數(shù)據(jù)記錄：初始濃度，室溫25C時，10ml水+10mlNaOH()的平均電導(dǎo)率：0?-1-cm-110ml乙酸乙酯()+10mlNaOH()tmin369121520253035405060t11cm(0t)/t11_1cmmin35C時，10ml水+10mlNaOH()的平均電導(dǎo)率：。=&?-1-cm-110ml乙酸乙

9、酯()+10mlNaOH()tmin369121520253035405060t11cm(0t)/t11.1cmmin反應(yīng)活化能的計算如果反應(yīng)時間允許，可按上述操作步驟和計算方法，測定另一溫度下的反應(yīng)速度常數(shù)k值，用阿侖尼烏斯Arrhenius公式，計算反應(yīng)活化能和反應(yīng)半衰期。式中ki,k2分別為溫度Ti,T2時測的反應(yīng)速率常數(shù)，R為氣體常數(shù)，E為反應(yīng)的活化能。2. 參考文獻(xiàn)值進(jìn)行誤差分析。frK實驗要求：t對圖現(xiàn)行良好。1-11k(298K)6imol1Lmin1_11k(308K)101molLmin文獻(xiàn)值21：C(CH3COOC2H5)廣3C(OH-)/-3t/(0C)k/dm3mols

10、-1k/dm3molmin-1E/-1文獻(xiàn)01019x10-3x10-2X10-23254lg(k/dm3molmin-1)=-1780/(T/KK5 文獻(xiàn)值3:k(25C)0.112mol1Lsk(35C)0.175mol1Ls1六、問題討論實驗關(guān)鍵點為防止溶于水中的CO2引起NaOH濃度的變化，要用無CO2通常先煮沸的冷卻蒸偶水。 反應(yīng)物NaOH和CH3COOC2H5的濃度相同，可確定為2A級反應(yīng)；否則便是A-B級反應(yīng)。乙酸乙酯皂化反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，混合后最初幾分鐘測值偏低，故第1點應(yīng)5min之后。溫度對實驗數(shù)據(jù)的影響大，須待被測體系恒溫10min,否則會引起始時溫度的不恒定而使電導(dǎo)偏低或偏

11、高，導(dǎo)致實驗作圖線性不佳。為何本實驗要在恒溫條件下進(jìn)行，而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前還要預(yù)先恒溫？解：反應(yīng)的速率常數(shù)有關(guān)于反應(yīng)物本身之外還有關(guān)于體系溫度、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)器等，因此實驗要在恒溫條件下進(jìn)行，而且反應(yīng)始終要進(jìn)行在恒溫下，因此乙酸乙酯和氫氧化鈉溶液在混合前還要預(yù)先恒溫。1. 反應(yīng)分子數(shù)和反應(yīng)數(shù)是兩個完全不同的概念，反應(yīng)級數(shù)只能實驗來確定。試問如何從實驗結(jié)果來驗證乙酸乙酯皂化反應(yīng)為二級反應(yīng)？解：用t%k?工忤圖，如得到一直線這說明該反應(yīng)是二級反應(yīng),否則不是二級反應(yīng)。2. 乙酸乙酯皂化反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，試問在反應(yīng)過程中如何處置這一影響而使實驗得到較好的結(jié)果？解：反應(yīng)始終要

12、進(jìn)行恒溫槽中，而且要自動控制溫度。3. 如果NaOH與CH3COOC2H5溶液均為濃溶液，試問能否用此方法求得k值？為什麼？解：根據(jù)溶液濃度與電導(dǎo)之間存在曲線關(guān)系2（參考“物化”P528）,k值不能測定。4. 為什么用1mol/dm3的NaOH和1mol/dm3CH3COONa溶液測其電導(dǎo)率就可以認(rèn)為是0和?解：NaOH和CH3COONa事情電解質(zhì)，假定它們在稀溶液中完全離解。乙酸乙酯、乙醇、和水對電導(dǎo)無奉獻(xiàn)，且2mol/dm3的NaOH溶液和2mol/dm3的CH3COOC2H5溶液混合，OH-就是1mol/dm3的NaOH，同理1mol/dm3CH3COONa代表了反應(yīng)完全此反應(yīng)不可逆即OH-消耗完