乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定

1、物化試驗 乙酸乙酯造化反應(yīng)速率系數(shù)測定 張冶乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定姓名：張冶 學(xué)號： 班級：化21同組實驗者：努爾艾力·麥麥提實驗日期：2014-10-23 提交報告日期：2014-10-30實驗教師：麻英1 引言1.1 實驗?zāi)康腶. 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。b. 了解二級反應(yīng)的特點，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。c. 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。1.2 實驗原理反應(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 （1）將（1）積分可得動力學(xué)方程： （2） （3）式中：c0

2、為反應(yīng)物的初始濃度；c為t時刻反應(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k2。對于大多數(shù)反應(yīng)，反應(yīng)速率與溫度的關(guān)系可以用阿累尼烏斯經(jīng)驗方程式來表示： （4）式中：Ea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)。實驗中若測得兩個不同溫度下的速率常數(shù)，就很容易得到 （5）由（5）就可以求出活化能Ea。乙酸乙酯皂化反應(yīng)是一個典型的二級反應(yīng)，t = 0時， c0 c0 0 0t = t時， c0-x c0-x x xt = 時， 0 0 設(shè)在時間t內(nèi)生成物的濃度為x，則反應(yīng)的動力學(xué)方程為 （6） （7）本實驗使用電導(dǎo)法測量皂化反應(yīng)進(jìn)程中電

3、導(dǎo)率隨時間的變化。設(shè)0、t和分別代表時間為0、t和（反應(yīng)完畢）時溶液的電導(dǎo)率，則在稀溶液中有：式中A1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t對(t-)t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)k2。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。實驗中既可采用電導(dǎo)率儀，也可采用電導(dǎo)儀。2 實驗操作2.1 實驗藥品、儀器型號及測試裝置示意圖儀器：計算機(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)

4、器3個；電導(dǎo)管2個；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；洗耳球一個。藥品：0.01852mol·L-3NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液；0.009045mol·L-3NaAc溶液（此濃度值為NaOH標(biāo)準(zhǔn)溶液的一半）；乙酸乙酯（AR）；新鮮去離子水或蒸餾水。本實驗的核心裝置為混合反應(yīng)器，如下圖所示：圖1 混合反應(yīng)器示意圖2.2 實驗條件環(huán)境溫度：17.5 相對濕度：39% 環(huán)境氣壓：102.5kpa2.3 實驗操作步驟及方法要點2.3.1 配制乙酸乙酯溶液 配制100ml乙酸乙酯溶液，使其濃度與氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液相同。乙酸乙酯的密度根據(jù)下式計算：

5、 根據(jù)環(huán)境溫度，求得乙酸乙酯的密度為903.50g/L，則需要乙酸乙酯的體積為：V=CNaOHVNaOHM=0.14535ml 配制方法如下：在100ml容量瓶中裝2/3體積的水，用0.2ml刻度移液管吸取0.145ml乙酸乙酯，滴入容量瓶中，加水至刻度，混勻待用。2.3.2 準(zhǔn)備工作檢查儀器藥品，接通電源。設(shè)定恒溫槽溫度為20左右，并接通相應(yīng)設(shè)備電源，調(diào)好相應(yīng)參數(shù)，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集。2.3.3 測量用20ml移液管移取氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液于1池中，再移取20 ml乙酸乙酯溶液于2池中，將電導(dǎo)電極插入2池，再取適量醋酸鈉溶液于電導(dǎo)管中，將反應(yīng)器和電導(dǎo)管放入恒溫槽中，一起恒溫約10分鐘。待溫度計示數(shù)不改

6、變時，開始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，再用洗耳球使1、2池中溶液迅速混合均勻，35次擠壓即可。約25分鐘后即可停止實驗。清洗電導(dǎo)電極后，將其插入到電導(dǎo)管中，測定醋酸鈉溶液的電導(dǎo)率（應(yīng)多次測量，直到顯示數(shù)據(jù)沒有太大變化為止）。再次清洗電導(dǎo)電極。升高溫度1左右，重復(fù)以上步驟測定反應(yīng)電導(dǎo)率的變化，一共進(jìn)行三次實驗即可。2.4 實驗注意事項a. 溫度的變化會嚴(yán)重影響反應(yīng)速率，因此一定要保證恒溫。b. 不要敞口放置NaOH溶液，以防吸收空氣中CO2，使其濃度變化。c. 混合過程既要快速進(jìn)行，又要小心謹(jǐn)慎。不要將溶液擠出混合器。d. 過程中更換反應(yīng)液需要將電導(dǎo)率電極清洗干凈，但不可擦拭內(nèi)部鍍有鉑黑的部分。e. 采集數(shù)據(jù)

7、過程中，要盡量避免對計算機(jī)進(jìn)行其他操作，以防數(shù)據(jù)失真。f. 控溫時，以溫度計示數(shù)為準(zhǔn)，控溫儀的旋鈕應(yīng)謹(jǐn)慎調(diào)節(jié)，最好始終使恒溫槽處于加熱恒溫狀態(tài)，因降溫的速度比較慢。3 結(jié)果與討論3.1 原始實驗數(shù)據(jù)氫氧化鈉溶液濃度：0.01491mol/L，純乙酸乙酯體積：0.14535ml乙酸乙酯溶液濃度：0.01491mol/L，醋酸鈉溶液濃度：0.00750mol/L反應(yīng)溶液電導(dǎo)率的原始數(shù)據(jù)略去，NaAc電導(dǎo)率和反應(yīng)溫度等數(shù)據(jù)見下表：表a 不同溫度下的同濃度NaAc溶液電導(dǎo)率溫度/202122NaAc電導(dǎo)率 s/cm5255365523.2 計算的數(shù)據(jù)、結(jié)果 3.2.1 計算反應(yīng)速率常數(shù)(1) 實驗點1

8、溫度：20.00，=525S/cm數(shù)據(jù)處理方法：首先，在測得的一系列電導(dǎo)率中，找到其最高點，刪去之前的數(shù)據(jù)，將該點作為t=0；再在該點之后的數(shù)據(jù)點中，刪去明顯的波動，或是用線性插值替換；最后將t-t為自變量，t為因變量，即借助公式t=-k2c0t-t+0t，用Origin8.0進(jìn)行線性擬合，得到斜率，再除以-c0即為反應(yīng)速率常數(shù)2。所得結(jié)果如下：圖1 20時所得數(shù)據(jù)圖像則反應(yīng)速率t為:t=-ac0=0.062850(L/mol/s)(2) 圖2 21時所得數(shù)據(jù)圖像則反應(yīng)速率為：t=-ac0=0.067826(L/mol/s)(3)圖3 22時所得數(shù)據(jù)圖像則反應(yīng)速率t為t=-ac0=0.0741

9、27(L/mol/s)綜上，有實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990按公式擬合，得到圖4 3個溫度下實驗數(shù)據(jù)擬合則Ea=59.68kJ/mol若減少所取數(shù)據(jù)的區(qū)間從近900的數(shù)據(jù)中選取前600對(第三組數(shù)據(jù)較穩(wěn)定，故不做修改)得實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990則Ea=56.82kJ/mol用origin8

10、.0擬合時，發(fā)現(xiàn)，用從最高點開始到記錄結(jié)束所有數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果，其值稍偏大，為59.678KJ/mol，而用前兩組的前600對數(shù)據(jù)與第三組的所有數(shù)據(jù)的擬合結(jié)果為56.819KJ/mol,兩個結(jié)果有所不同，而就擬合曲線的線性行來說，采用所有數(shù)據(jù)的擬合效果較好。而在實驗室中所得到的結(jié)果為：實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395活化能Ea為60.74kJ/mol所得各個結(jié)果的差距并不大，用三種處理方法得到的結(jié)果相近。 4 結(jié)論本實驗我們獲得了三個溫度下的乙酸乙

11、酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)和活化能，如下表所示：結(jié)果一：全體數(shù)據(jù)Origin8.0擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0628500.99985221.05360.0678260.99999322.05520.0741270.99990Ea=59.68kJ/mol結(jié)果二：選擇部分?jǐn)?shù)據(jù)origin8.0擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/cm）R2120.05250.0632940.99973221.05360.0679670.99998322.05520.0741270.99990Ea=56.819kJ/mol結(jié)果三：實驗室計算機(jī)擬合實驗序號溫度/（S/cm）2（S/

12、cm）R2120.05250.0633130.99939221.05360.0681400.99997322.05520.0749630.99395Ea=60.74kJ/mol 5 參考文獻(xiàn)1. 基礎(chǔ)物理化學(xué)實驗，高等教育出版社，賀德華、麻英、張連慶，2008年5月第1版2. 物理化學(xué)，清華大學(xué)出版社，朱文濤,2011年9月第1版6 附錄思考題6.1 配制乙酸乙酯溶液時，為什么在容量瓶中要先加入部分蒸餾水？答：因為乙酸乙酯容易揮發(fā)，加入水可以起到稀釋的作用，減少乙酸乙酯的揮發(fā)，減小實驗誤差。6.2 為什么乙酸乙酯和NaOH溶液濃度必須足夠??？請推導(dǎo)出公式中A1的表達(dá)式，從而說明其為常數(shù)的條件。

13、答：只有溶液濃度足夠稀，離子之間距離足夠大，才可忽略離子之間相互影響，即“離子獨立遷移定律”，溶液的電導(dǎo)率與溶液離子濃度成正比。公式推導(dǎo)：當(dāng)溶液足夠稀時，有對于乙酸乙酯溶液同樣有上式成立。 所用A1為常數(shù)的條件是：溶液足夠稀，即保證離子之間的距離足夠大。 6.3 若配制溶液時用的不是去離子水，電導(dǎo)管和混合器未洗干凈，對實驗結(jié)果有影響？答：若在反應(yīng)溶液存在雜質(zhì)離子，則雜質(zhì)離子的電導(dǎo)率會被算入，從而導(dǎo)致總的電導(dǎo)率有所上升，即所測得的電導(dǎo)率并不是實際所需要測量的溶液的電導(dǎo)率。而且，若雜質(zhì)中存有能與反應(yīng)物反應(yīng)的離子，將會使反應(yīng)結(jié)果更加不準(zhǔn)確。6.4 預(yù)先單獨用NaOH溶液來調(diào)整電導(dǎo)率儀有何作用？答：可以讓測量的數(shù)據(jù)在儀器的一定刻度范圍內(nèi)，防止超量程，損壞儀器，同時也可將電導(dǎo)率儀調(diào)至最佳的測量范圍，可以減小實驗誤差。6.5混合反應(yīng)器的設(shè)計思想是什么？請?zhí)岢銎渌姆椒ā４穑夯旌戏磻?yīng)器要求兩種物質(zhì)快速且充分地接觸。它是利用洗耳球?qū)⒛骋环N液體壓入另一種當(dāng)中，并通過多次強(qiáng)制對流，使其快速且充分地進(jìn)行接觸，并利用溢流裝置，防止擠入的液體量過多時，將塞子頂出。其他方法：使用攪拌