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1、电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数一、实验目的1、学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法2、了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数；3、熟悉电导率仪的使用。二、实验原理1速率常数的测定乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为t=0CH3C00C2H5+Na0H =CH300Na+C2H50HC0C000t=tCtCtC0 - CtC0 -Ctt=X00C0C0速率方程式 - 一=kc2，积分并整理得速率常数k的表达式为： dt,1 c - ck = _ x u t c c 0t假定此反应在稀溶液中进行，且 CH3COONa 全部电离。则参
2、加导电离子有 Na、OH CH3COO-,而Na+反应前后不变，0H-的迁移率远远大于CH3COO-,随着反应的进行， 0H-不断减小，CH3CO0-不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率k 的下降和产物CH3CO0-的浓度成正比。令K、K和K分别为0、t和X时刻的电导率，贝V：0tgt=t时，C0 Ct=K K -K K为比例常数00 ttfg时，Co K K -K 0=0g联立以上式子，整理得：1 K -Kx0+Kkc t0K _K可见，即已知起始浓度C0,在恒温条件下，测得K和K，并以J对冷 -作图，可得一 直线，则直线斜率m =丄，从而求得此温度下的反应速率常数k。kc02活
3、化能的测定原理：ln5 =三（丄一丄）k R T T1 1 2因此只要测出两个不同温度对应的速率常数，就可以算出反应的表观活化能。三、仪器与试剂电导率仪 1 台 、铂黑电极 1支、 大试管 5 支 、 恒温槽 1台、 移液管 3 支；氢氧化钠溶液0、0200mol/L、乙酸乙酯溶液0.0200mol/L四、实验步骤1、调节恒温槽的温度在24.00C。2、安装调节好电导率仪。3、在 1-3 号大试管中，依次倒入约 20mL 蒸馏水、 35mL 0、 0200mol/L 的氢氧化钠溶液和 25mL0.0200mol/L 乙酸乙酯溶液，塞紧试管口，并置于恒温槽中恒温。4、K 的测定：0从1号和2号试
4、管中，分别准确移取10mL蒸馏水和10mL氢氧化钠溶液注入4号试管中摇匀， 至于恒温槽中恒温，插入电导池，测定其电导率。5、K 的测定：t从2号试管中准确移取10mL氢氧化钠溶液注入5号试管中至于恒温槽中恒温，再从3号试管 中准确移取10mL乙酸乙酯溶液也注入5号试管中，当注入5mL时启动秒表，用此时刻作为应 的起始时间，加完全部酯后，迅速充分摇匀，并插入电导池，从计时起2min时开始读数，以后 每 2min 读一次，至 30min 时刻停止测量。6、反应活化能的测定：k在 35.00C恒温条件下，用上述步骤测定。五、数据记录与处理 求24C的反应速率常数匕，将实验数据及计算结果填入下表:恒温
5、温度=24.00CV =10.00mL 乙酸乙酯VNaOH=10.00mLNaOHc0=0.0100 mol/Lk =2.07ms cm-i0乙酸乙酯=0.0200 mol/LNaOH= 0.0200 mol/L实验数据记录及处理表 1：t/mink /ms cm-i tk - k/ ms cm-i 0tk -k0/ ms cm i min it21.9820.0880.044041.9250.1450.036361.8760.1940.032381.8350.2350.0294101.7970.2730.0273121.7650.3050.0254141.7360.3340.0239161.
6、7100.3600.0225181.6870.3830.0213201.6660.4040.0202221.6480.4220.0192241.6310.4390.0183261.6160.4540.0175281.6020.4680.0167301.5860.4840.0161lEPSUJix0.0160.0180.0200.0220.0240.02B0.0280 .03-0CKO-Kt/t ms-cin-1-inin-1图1 测定温度24C时K (K-K )t作图和拟合结果数据处理：K对K0 一叫作图，求出斜率m,并由m =丄求出速率常数。t tkc0因为乙酸乙酯皂化反应是吸热反应,混合后
7、体系温度降低,故在混合后的开始几分钟内所 测溶液电导偏低。所以作图时使用的数据应在反应6分钟后数据,这样所得结果线性较好 通过作图，线性拟合后曲线的方程为：Y =1.29017+18.60746 X，相关系数 R2=0.9995,斜率 m =18.607。1K K由图1可知，K一.作图为一线性较好的直线。tt由 m =丄可求出速率常数 k1=1/(mc0)=1/(18.607X0.0100) =5.374 L/(mol min)。kc 1 00 采用同样的方法求35C的反应速率常数k2，计算反应的表观活化能Ea：恒温温度=35.00CV =10.00mL乙酸乙酯VNaOH=10.00mLNaO
8、HK=2.48mscm-1乙酸乙酯=0.0200 mol/L NaOH= 0.0200 mol/Lc0=0.0100 mol/LY =1.66535-9.85351 X1I5 o.o口2 2s-J-L-ULJ95;EJV-J实验数据记录及处理表 2：t/minK /ms cm-i tK -k / ms cm-i 0tK K0/ ms cm-i min-it22.350.130.065042.270.210.052562.190.290.048382.120.360.0450102.070.410.0410122.030.450.0375142.020.460.0329161.970.510.0
9、319181.950.530.0294201.930.550.0275221.910.570.0259241.900.580.0242261.890.590.0227281.880.600.0214301.870.610.0203Q .020C .0 25a .0300 .0 35ao .a 15图2测定温度35C时上一（K严丿作图和拟合结果数据处理：k对也工 作图，求出斜率m,并由m = 求出速率常数。 t t kc0 同样使用的数据是反应 6min 后的数据来作图的, 通过作图,线性拟合后曲线的方程为： Y =1.66535+9.85351 X,相关系数R2=0.994，斜率m2=9.85
10、由 m =丄可求出速率常数 k2=1/(mc0)=1/(9.85 X0.0100) =10.15 L/(mol min)。 kc0六、结果与讨论实验结果分析 通过查找资料，可以知道乙酸乙酯皂化反应的速率常数与温度的关系如下：lgk= 1780T-1 + 0.00754T+4.53 当 T=297.15K 时：lg 化1780297.15+0.00754X297.15+4.53=0.780297.15K时的理论速率常数：心= 6.0293 L/(molmin) 而在297.15K时实验测定的速率常数k1 = 5.374 L/(molmin),5 374 - 6 0293因此，实验测定值与理论值比
11、较的相对误差：= . m； x 100% = -10.87%6.0293 当 T=308.15K 时：lg 化2= 1780308.15+0.00754 X 308.15+4.53 = 1.077 308.15K时的理论速率常数：化2= 11.94 L/(molmin) 而在308.15K时实验测定的速率常数k2= 10.15 L/(molmin),因此，实验测定值与理论值比较的相对误差：5 = 10.15-11.94x 100% = -14.99%11.94 计算反应表观活化能： 1 一 1 m =， m =1 k c 2 k c1 0 2 0则k2k1m1m2又 ln 2- k1E (1(
12、-RT112 In m1m2Ea.R12mE = R - ln 2am11 221=8.314 x ln 10.15 x5.374308.15 x 297.15308.15 - 297.15= 44.01 kJ/mol理论值的活化能为46.1KJ/mol,因此相对误差:44.01 - 46.1461x100% = -4.5%实验结果讨论本实验用电导法测定反应物乙酸乙酯与NaOH起始浓度相同的情况下，24C、35C温度下乙 酸乙醋皂化应的速率常数，它们分别为5.374 L/(molmin)、10.15 L/(molmin)，与理论值比较的相对误差分别为-10.87%、-14.99%,由速率常数计
13、算得到的活化能为44.01kJ/mol,与 理论值比较的相对误差为-4.5%。测定速率常数的实验误差较大，活化能的结果与文献值的偏差较小，考虑到本次实验测定 过程中可能存在的各种误差，这一偏差处在正常范围之内，说明实验测定的结果是基本准确的。 那么产生差异的原因有什么呢？主要的原因可能有: 温度不够恒定和准确。温度对反应速率k受温度的影响很大见下列图温度不够恒 定和准确对速率常数的影响是很大的。实验所使用的恒温槽的恒温效果不是很好，在进行温度 测定的过程中，由于搅拌器的搅拌不可能使得体系中各部分的温度到达绝对均匀。所以，通过 温度计得的是温度计水银球附近液体的温度，此温度与实验测定体系温度不一定完全一致，从 而使所测数据和最终计算结果与实际值间存在一定的误差。还有，恒温槽控温效果不好，在测 定的过程中温度会有土 0.2C的飘动，造成实验测定数值时会产生误差；不同温度下乙酸乙酯皂化反应速率常数文献值tCk(Lmol-imin-i)tCk (Lmol-imin-i)tCk (Lmol-imin-i)153.3521246.02933310.5737163.5828256.42543411.2382173.8280266.84543511.9411184.0887277.29063612.
