物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告-乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

第1頁(yè)共8頁(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)NO.10PB07007303王璐乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究摘要：本實(shí)驗(yàn)通過(guò)乙酸乙酯的皂化反應(yīng)來(lái)研究化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的規(guī)律。實(shí)驗(yàn)通過(guò)電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯的皂化反應(yīng)體系中的電導(dǎo)率，由此計(jì)算反應(yīng)的速率常數(shù)及其活化能，同時(shí)了解具有簡(jiǎn)單級(jí)數(shù)的化學(xué)反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)特征。關(guān)鍵詞：皂化反應(yīng)、電導(dǎo)率、反應(yīng)速率常數(shù)、活化能ResearchofEthylAcetate’sSaponificationReactionforDynamicsAbstract:Inthisexperiment,wecalculatetheRateconstantofthesaponificationreactionbyusingmethodofmeasuringElectrolyticconductance,andthencalculatetheactivationenergyofthereaction.Accordingtotheresearch,wefindsomeregulatesfordynamics.KeyWords:activationenergy,Electrolyticconductivity,Rateconstant,saponificationreaction1.序言化學(xué)動(dòng)力學(xué)是研究化學(xué)反映過(guò)程的速率和反應(yīng)機(jī)理的物理化學(xué)分支學(xué)科，它的研究對(duì)象是物質(zhì)性質(zhì)隨時(shí)間變化的非平衡的動(dòng)態(tài)體系。本實(shí)驗(yàn)通過(guò)乙酸乙酯的皂化反應(yīng)來(lái)初探化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的一些相關(guān)性質(zhì)和規(guī)律。乙酸乙酯皂化反應(yīng)是一個(gè)在化學(xué)和工業(yè)應(yīng)用上均有著重大意義的有機(jī)反應(yīng)，而反應(yīng)速率常數(shù)是化學(xué)反應(yīng)一個(gè)重要的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)采用物理方法，通過(guò)測(cè)定不同時(shí)刻溶液的電導(dǎo)率來(lái)得到反應(yīng)各物質(zhì)的濃度，進(jìn)而確定反應(yīng)速率常數(shù)，并進(jìn)一步計(jì)算出該反應(yīng)的活化能。2.實(shí)驗(yàn)部分2.1實(shí)驗(yàn)儀器與試劑DDS7－308型電導(dǎo)率儀JB—1B型磁力攪拌器CS501型超級(jí)恒溫槽5mL移液管（1個(gè)），100mL移液管（1個(gè)），50mL的燒杯（1個(gè)），50mL滴定管（1個(gè)），250mL錐形瓶（3個(gè)）；秒表；CH3COOC2H5試劑（分析純），NaOH（分析純），酚酞指示劑溶液。2.2實(shí)驗(yàn)步驟1）在室溫下對(duì)配制好NaOH溶液進(jìn)行滴定，重復(fù)三次以上，取平均值；2）將恒溫槽溫度調(diào)在30.00℃，取100ml配制且滴定好的NaOH溶液置于恒溫夾套反應(yīng)器中，插入洗凈且吸干水的測(cè)量電極，恒溫10分鐘等電導(dǎo)儀上的讀數(shù)穩(wěn)定后，每隔1分鐘讀取一次數(shù)據(jù)，測(cè)定三個(gè)平行的數(shù)據(jù)；3）完成L的測(cè)定后，使用5mL的移液管移取所需用量的乙酸乙酯，穿過(guò)大口玻璃套，將乙酸乙酯全部放入溶液中，讀數(shù)平穩(wěn)變化后，盡快測(cè)量第一組數(shù)據(jù)，以后每隔1分鐘讀一次數(shù)，15分鐘后每隔2分鐘讀一次數(shù)，進(jìn)行到35分鐘后結(jié)束；4）按步驟2、3在35.00℃下進(jìn)行測(cè)量。2.3注意事項(xiàng)1）NaOH溶液會(huì)吸收空氣中的CO2，所以當(dāng)配置好NaOH溶液后，應(yīng)馬上進(jìn)行滴定并馬上開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，否則會(huì)導(dǎo)致NaOH的濃度發(fā)生變化而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果；2)NaOH溶液和乙酸乙酯混合之前應(yīng)該先恒溫，以減小溫度變化對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果的影響；3)取少量的乙酸乙酯的時(shí)候應(yīng)該格外小心，當(dāng)把乙酸乙酯加到一半時(shí)應(yīng)該立即計(jì)時(shí)，同時(shí)應(yīng)該避免把乙酸乙酯弄到器壁上而使得乙酸乙酯用量發(fā)生改變，影響其濃度；4）小磁子要在中心處旋轉(zhuǎn)起來(lái)，使反應(yīng)物質(zhì)充分接觸。3.結(jié)果與討論3.1實(shí)驗(yàn)結(jié)果反應(yīng)速率常數(shù)K(30℃)==9.71(L/mol?min)；K(35℃)=12.90(L/mol?min)活化能Ea=45.29kJ/mol相對(duì)誤差（51.47-45.29）/51.47=12.0%3.2誤差分析①本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理方法是造成結(jié)果較大誤差的根本原因。1）在導(dǎo)出這個(gè)公式時(shí)，我們假定溶液較稀，CH3COONa完全電離，這是一種較簡(jiǎn)單的近似。而實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，CH3COONa不能完全電離，還是會(huì)存在一定未電離的CH3COONa分子，NaOH的濃度與電導(dǎo)率之間有著更為復(fù)雜的關(guān)系。2）運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)提供的方法我們需要測(cè)出反應(yīng)體系的初始電導(dǎo)率。在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作中，L0的測(cè)定和L一樣，是單獨(dú)配制溶液測(cè)定的。很顯然，測(cè)定G0與測(cè)定G的反應(yīng)液不屬于同一體系，所測(cè)定的G對(duì)于反應(yīng)體系而言有著不可避免的系統(tǒng)誤差。G0的測(cè)定誤差將會(huì)影響到數(shù)據(jù)處理的精度。②實(shí)驗(yàn)操作中易產(chǎn)生誤差。1）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中將乙酸乙酯添加到實(shí)驗(yàn)儀器時(shí)，可能有少許乙酸乙酯粘在器璧上而使得實(shí)驗(yàn)時(shí)的濃度與計(jì)算所用濃度不符。2）實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用乙酸乙酯的量很少，因此在取溶液的過(guò)程很容易造成較大的誤差。③滴定時(shí)造成的誤差。放置的NaOH溶液會(huì)吸收空氣中的CO2變成Na2CO3，而使得滴定時(shí)的NaOH濃度和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用的NaOH的濃度略有不同。滴定也存在誤差，如讀數(shù)的誤差。④其他的系統(tǒng)誤差：如恒溫槽有輕微的溫度波動(dòng)，電導(dǎo)儀老化等。3.3討論與思考（1）關(guān)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果和擬合曲線的討論在反應(yīng)開(kāi)始的一段時(shí)間內(nèi)，曲線上的點(diǎn)了偏離了擬合曲線一些，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)的開(kāi)始階段，反應(yīng)速率較快，反應(yīng)物未充分混合，各處濃度不完全一致，得電導(dǎo)率不大穩(wěn)定。又因本反應(yīng)為吸熱反應(yīng)，開(kāi)始時(shí)溫度會(huì)有所降低，起始段的數(shù)據(jù)反映的是略低溫度下的k值，這點(diǎn)從擬合圖中也可以清楚地看到。我們?cè)诓煌瑴囟认露嫉玫搅司€性程度較好的直線，說(shuō)明乙酸乙酯的皂化反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。（2）實(shí)驗(yàn)改進(jìn)從誤差分析中，我們知道雖然該法步驟簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)容易處理，但會(huì)帶來(lái)極大的誤差，我們可以從下面幾個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)：采取精確精算的方法，考慮CH3COONa的不完全電離。測(cè)出Lt后利用上面兩式計(jì)算出t時(shí)間時(shí)體系中NaOH濃度，再由(C0-C)／C0C對(duì)t作n擬合直線，從斜率得到反應(yīng)速率常數(shù)。對(duì)擬合式進(jìn)行改進(jìn)。將進(jìn)行變形：對(duì)和進(jìn)行擬合，這樣可消除L0的誤差影響。3）采取其他一些非線性擬合的辦法。（3）心得體會(huì)本實(shí)驗(yàn)是物化實(shí)驗(yàn)中第一次接觸化學(xué)動(dòng)力學(xué)的內(nèi)容，通過(guò)測(cè)定得出了乙酸乙酯酯化反應(yīng)的兩個(gè)重要的參數(shù)化學(xué)反應(yīng)速率常數(shù)和活化能。我從實(shí)驗(yàn)中學(xué)到了化學(xué)動(dòng)力學(xué)的一般實(shí)驗(yàn)研究的原則和方法：動(dòng)力學(xué)研究中，應(yīng)選擇反應(yīng)前后變化非常顯著的物理量，測(cè)的物質(zhì)濃度成線性關(guān)系的特征物質(zhì)量為最佳；準(zhǔn)確進(jìn)行動(dòng)力學(xué)測(cè)量，必須在恒溫條件下進(jìn)行。參考文獻(xiàn)[1]崔獻(xiàn)英,柯燕雄,單紹純.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].中國(guó)科技大學(xué)出版社,2000:29~32.[2]付獻(xiàn)彩,沈文霞,姚天揚(yáng),侯文華.《物理化學(xué)》（第五版）下冊(cè)[M].南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，高等教育出版社,2005.[3]凌錦龍.乙酸乙酯皂化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)[J].通化師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2005，26（2），49~51.[4]陳小立，李國(guó)維.電導(dǎo)法測(cè)乙酸乙酯皂化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)處理[J].紡織高?；A(chǔ)科學(xué)學(xué)報(bào),，2000,13（2）,168~170.附件：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)記錄TableA1.NaOH溶液的滴定數(shù)據(jù)滴定實(shí)驗(yàn)編號(hào)123鄰苯二甲酸氫鉀質(zhì)量/kg0.01840.01900.0218NaOH溶液用量/ml15.9217.5219.71NaOH溶液濃度/mol·dm－35.6656*10-35.5679*10-35.4218*10-3NaOH溶液濃度均值/mol·dm－35.5518*10-3T1=29.95℃L0：1390/1390/1390，平均1390。TableA2.時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt01388131006113471499021307159753126317948412241992351188219026115723884711302586981105278559108229842101061318311110413382012102335810T2=34.90℃L：13481346/1346，平均1347。TableA3時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt01344138951128714879212251586431167178354112019818510832180361053237897102525777899927767997429758109513174911930337411291235734數(shù)據(jù)處理2.1數(shù)據(jù)計(jì)算TableA4時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt(Lt–L0)/t時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt(Lt–L0)/t01388/13100629.511347431499028.62130741.51597527.73126342.317948264122441.51992324.75118840.42190223.26115738.823884227113037.12586920.88110535.62785519.89108234.22984218.910106132.93183118.111104131.73382017.312102330.63581016.6TableA5時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt(Lt–L0)/t時(shí)間（min）電導(dǎo)率Lt(Lt–L0)/t01345/1392032.811297501490431.621245511588930.53119550.71786028.641143511984326.55110847.82182824.76107844.82381423.27105042.432580221.88102440.42779220.6999938.72978319.41097637.13177418.51195535.63376617.61293734.23575916.82.2反應(yīng)速率常數(shù)和活化能的計(jì)算FigA1.29.95℃時(shí)與的關(guān)系圖Parameter Value ErrorA -25.45276 2.09813B 0.05391 0.00203R SD N P0.98413 1.58763 25 <0.0001FigA2.34.90℃時(shí)與的關(guān)系圖Parameter Value ErrorA -34.15461 3.34901B 0.0