乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究

1、 乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究 pb10。 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)材料科學(xué)系摘要 本實(shí)驗(yàn)通過測(cè)量電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)，并通過該實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解化學(xué)動(dòng)力學(xué)中對(duì)于化學(xué)反應(yīng)速率的研究方法，以及反應(yīng)級(jí)數(shù)的一些概念和研究方法。關(guān)鍵詞 乙酸乙酯皂化反應(yīng) 電導(dǎo)率儀 速率常數(shù)序言一般來說，化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究有兩個(gè)方面，化學(xué)反應(yīng)速率以及化學(xué)反應(yīng)機(jī)理的研究。而通常我們測(cè)量化學(xué)反應(yīng)速率的方法是測(cè)量一條物質(zhì)隨時(shí)間的變化曲線或與物質(zhì)濃度有明確關(guān)系的物理量隨時(shí)間的變化曲線。在本實(shí)驗(yàn)中，乙酸乙酯皂化反應(yīng)是一個(gè)二級(jí)反應(yīng)，由于反應(yīng)是在較稀的水溶液中進(jìn)行的，在一定范圍內(nèi)，可以認(rèn)為體系的電導(dǎo)率的減少量和ch3coo的濃度x增

2、加量成正比，故而我們測(cè)量溶液電導(dǎo)率隨時(shí)間變化曲線，由式子，得到速率常數(shù)k。反應(yīng)的活化能可根據(jù)阿累尼烏斯公式求算： 積分得 ，實(shí)驗(yàn)中我們測(cè)定兩個(gè)不同溫度下的k，在粗略地計(jì)算乙酸乙酯皂化反應(yīng)的活化能。實(shí)驗(yàn)部分1、 儀器與藥品hk-2a型超級(jí)恒溫水浴 南京南大萬和有限公司 1套 82-2型恒溫磁力攪拌器 上海司樂儀器有限公司 1臺(tái)電導(dǎo)率儀 1臺(tái) 電導(dǎo)池 1只0.5ml移液管 1支 100ml移液管 1支50ml的燒杯 1個(gè) 50ml滴定管 1支250ml錐形瓶 3個(gè) 秒表 1塊吸耳球 1只 ch3cooc2h5試劑（分析純）naoh（分析純） 酚酞指示劑溶液2、 實(shí)驗(yàn)過程1、打開恒溫槽使其恒溫在25

3、±0.2。2、打開電導(dǎo)率儀。根據(jù)附錄“電導(dǎo)率儀的使用”對(duì)電導(dǎo)率儀進(jìn)行0點(diǎn)及滿刻度校正。并認(rèn)真檢查所用電導(dǎo)電極的常數(shù)，并用旋鈕調(diào)至所需的位置。3、naoh溶液的配制：（室溫下）用一個(gè)小燒杯配制少量的濃naoh溶液，在1000ml的廣口瓶裝入約900ml的蒸溜水，將所選用實(shí)驗(yàn)儀器的測(cè)量電極插入水中，電磁攪拌條件下，逐滴加入濃濃naoh溶液到l=13001400s/cm4、naoh溶液的滴定：（室溫下）將配制好的naoh溶液用人工手動(dòng)滴定管和酚酞指示劑在室溫下進(jìn)行濃度測(cè)定，重復(fù)三次以上，取平均值。5、l（或ph）的測(cè)定： 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

4、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)。6、l（或ph）的測(cè)定： 完成l（或ph）的測(cè)定后，使用小容量的移液管移取所需用量的乙酸乙酯，穿過大口玻璃套，將乙酸乙酯全部放入溶液中，不要遺留在玻璃套的內(nèi)壁上，以免濃度不準(zhǔn)。放到一半時(shí)打開秒表計(jì)時(shí)，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。7、按步驟5、6和7在30進(jìn)行測(cè)量。3、 注意事項(xiàng)1、naoh溶液和乙酸乙酯混合前應(yīng)預(yù)先恒溫。2、清洗鉑電極時(shí)不可用濾紙擦拭電極上的鉑黑。3、在記錄l0時(shí)，一定要等三次測(cè)量結(jié)果相差

5、77;1時(shí)方可，即要等到溫度穩(wěn)定后開始記錄。4、當(dāng)移液管中的乙酸乙酯留下一半后即刻開始計(jì)時(shí)，要迅速。5、實(shí)驗(yàn)過程中要保證恒溫槽的溫度變化在±0.2，以免對(duì)k的測(cè)量造成影響。結(jié)果與討論1. naoh溶液濃度測(cè)定以及乙酸乙酯加入量的確定有三次滴定的數(shù)據(jù)可以得到naoh溶液濃度為： c(naoh)=5.0713*10-3mol*l-1故而應(yīng)該加入的乙酸乙酯的量為 v=0.049ml2.作出（l0- lt）/t lt曲線，線性擬合，得到直線的斜率ak，由a=5.0713*10-3 mol*l-1，得到反應(yīng)速率常數(shù)k。25時(shí)，k298k=7.7643 dm3·mol-1·m

6、in-130時(shí)，k303k=8.8205 dm3·mol-1·min-1文獻(xiàn)報(bào)道的298k時(shí)，有一速度常數(shù)為589 dm3·mol-1·min-1，但不同文獻(xiàn)值不一樣，這可能是該反應(yīng)存在naoh吸收co2和乙酸乙酯水解、揮發(fā)等原因。而實(shí)驗(yàn)中，所得到的數(shù)值偏大，可能原因有：1 滴定所測(cè)得naoh濃度不準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)溶液變色后不能穩(wěn)定維持為紅色。詢問助教后得知變色出現(xiàn)滯后現(xiàn)象嚴(yán)重，所以變色有一個(gè)很長的濃度范圍，因而很難得到準(zhǔn)確值。試驗(yàn)中為保證三組數(shù)據(jù)平行，取第三次變色時(shí)的數(shù)據(jù)；2 實(shí)驗(yàn)中添加的乙酸乙酯理論上為0.049ml，實(shí)際添加了0.5ml；3 用于攪

7、拌的磁子很小，而液體有100ml，短時(shí)間內(nèi)很難攪拌均勻；4 方法上的缺陷：在導(dǎo)出這個(gè)公式時(shí)，我們假定ch3coo完全電離，且由于ch3coo遷移率比oh小，致使體系電導(dǎo)率不斷下降，且在一定范圍內(nèi)認(rèn)為體系的電導(dǎo)率的減少量和ch3coo濃度增加量成正比。實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程中，而實(shí)際過程中ch3coo的濃度和遷移率與體系的電導(dǎo)率之間有著更為復(fù)雜的關(guān)系。5 其他誤差：藥品純度，儀器清潔程度，實(shí)驗(yàn)操作中的量取和轉(zhuǎn)移，滴定時(shí)空氣中有co2，恒溫槽有輕微的溫度波動(dòng)，電導(dǎo)儀老化等。鑒于以上各種誤差,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意：(1)為避免碳酸鹽的影響，所有各種溶液都需用新煮沸過的冷卻蒸餾水來配制，最好隨配隨用，若貯放需裝堿石灰管

8、。(2)用于配堿液的固體naoh應(yīng)至少洗滌三次以上。(3)加入脂的過程中應(yīng)該避免附著在管壁上，這樣也會(huì)使最后乙酸乙酯的濃度偏小，加完后應(yīng)立刻蓋上塞子，以減少乙酸乙酯的揮發(fā)。3. 反應(yīng)活化能的求解由實(shí)驗(yàn)中兩組不同的溫度數(shù)據(jù)，以及式子，可以得到乙酸乙酯皂化反應(yīng)的活化能為： ea=20.20kj*mol-1查文獻(xiàn)可知，該反應(yīng)的活化能為22.73kj*mol-1?？梢杂?jì)算出相對(duì)誤差為11.13%，誤差較大。原因除前面已討論的之外，還有實(shí)驗(yàn)中僅用了兩組溫度數(shù)據(jù)，沒有其他多組數(shù)據(jù)可以比較誤差，所以可以通過在每個(gè)溫度時(shí)多次測(cè)量k或是增加溫度測(cè)量的組數(shù)。4. 結(jié)論本實(shí)驗(yàn)采用電導(dǎo)法測(cè)量乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)，

9、并通過不同溫度下反應(yīng)的速率常數(shù)與反應(yīng)活化能之間的關(guān)系得到其反應(yīng)的活化能。實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的k298k=7.7643 dm3·mol-1·min-1 ，k303k=8.8205dm3·mol-1·min-1，而該反應(yīng)的活化能為ea=20.20kj*mol-1；以上說明了該方法可行，但也存在各種誤差。個(gè)人體會(huì) 本實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單，盡管實(shí)驗(yàn)中一部分同學(xué)做滴定，另一部分同學(xué)做其他步驟，但實(shí)驗(yàn)仍然耗時(shí)較長。電導(dǎo)法測(cè)速率常數(shù)的方式，避免了直接測(cè)量溶液濃度的繁瑣，且更及時(shí)、準(zhǔn)確，體現(xiàn)了化繁為簡(jiǎn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思想。皂化反應(yīng)曲線隨著時(shí)間的延長，會(huì)出現(xiàn)偏離二級(jí)反應(yīng)的現(xiàn)象。對(duì)此，有的研究者

10、認(rèn)為，“皂化反應(yīng)是雙分子反應(yīng)”的說法欠妥，此反應(yīng)是一種“表觀二級(jí)反應(yīng)”；隨著時(shí)間的延長，反應(yīng)的可逆性對(duì)總反應(yīng)的影響會(huì)逐漸變得明顯。有的研究者認(rèn)為，皂化反應(yīng)還存在鹽效應(yīng)，即某些中性鹽的存在會(huì)降低其速率系數(shù)，因此，皂化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)的時(shí)間以半小時(shí)為宜。參考資料1 物理化學(xué) 上冊(cè)南京大學(xué)物理化學(xué)教研室 傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng)編 2011年5月2 物理化學(xué)電子講義 中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 劉光明 2012年3 淮陰師范?？茖W(xué)校化學(xué)科物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)m北京：高等教育出版社，198abstractin this experiment, ethyl acetate saponification reaction rate

11、constant was determined by measuring the conductivity. meanwhile,we have gotten a better understanding of chemical reaction rate methods in the experimental chemical kinetics study and some of the concepts and study methods of reaction order .【附件】原始數(shù)據(jù)處理1、naoh濃度的測(cè)定以及乙酸乙酯量的確定滴定數(shù)據(jù)記錄：滴定實(shí)驗(yàn)號(hào) 1 2 3鄰苯二甲酸氫鉀質(zhì)

12、量g 0.0237 0.0211 0.0203naoh溶液的用量ml22.9320.20 19.63naoh溶液的濃度mol*l-1 5.0609*10-3 5.0894*10-3 5.0636*10-3naoh溶液濃度均值mol*l-1 5.0713*10-3實(shí)驗(yàn)中所用的乙酸乙酯濃度為0.9g/ml即10.227mol/l要求乙酸乙酯的量與氫氧化鈉的量相同，所以加入的乙酸乙酯的體積為： v=cnaoh*v0/c酯= 5.0713*10-3*100/10.227 ml=0.0496ml2、 反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定由原始數(shù)據(jù)可以作（l0- lt）/t lt曲線（t的單位為min），但所得圖形中曲線的變化趨勢(shì)并非完全線性，舍去非線性的一部分（舍去數(shù)據(jù)為剛加入乙酸乙酯時(shí)的數(shù)據(jù)，此時(shí)溶液尚未混合均勻，所以舍去合理），再做線性擬合有如下圖t=298k，根據(jù) ，可以得到ak=0