【清華】乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)報告,-,05

1、【清華】乙酸乙酯實(shí)驗(yàn)報告,-,05 乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率系數(shù)測定 姓名:林大薇 學(xué)號:2021011812 班級:分 7 同組實(shí)驗(yàn)者姓名:劉圓圓 實(shí)驗(yàn)日期: 09 年 12 月 03 日 提交報告日期: 09 年 12 月 17 日 指導(dǎo)老師:曾光洪 1. 引言 1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1.1.1 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。 1.1.2 了解二級反應(yīng)的特點(diǎn)，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。 1.1.3 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(shí)驗(yàn) 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

2、為 22dc- =k cdt （1）， 將（1）積分可得動力學(xué)方程： 0c t22c 0dc- = k dtcò ò （2）， 即 201 1- =k tc c （3） 式中：0c 為反應(yīng)物的初始濃度； c 為 t 時刻反應(yīng)物的濃度；2k 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2k 。 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(yàn)方程式來表示： aelnk=lna-rt （4） 式中：ae 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(shí)驗(yàn)中若測得兩個不同溫度下的速率常數(shù)，就很容易得到 21ta 2

3、 1t 1 2ke t -tln =k r ttæ öç ÷è ø （5） 由（5）就可以求出活化能ae 。 乙酸乙酯皂化反應(yīng)是一個典型的二級反應(yīng)， 3 2 5 3 2 5ch cooc h +naoh ch coona+c h oh ® t=0 時， 0c 0c 0 0 t=t 時， 0c -x 0c -x x x t=時， 0 0 0x c ® 0x c ® 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 22 0dx=k (c -x)dt （6） 20 01 xk =t c (c -x)

4、（7） 本實(shí)驗(yàn)使用電導(dǎo)法測量皂化反應(yīng)進(jìn)程中電導(dǎo)率隨時間的變化。設(shè)0k 、tk 和 k ¥ 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： 0 1 0=a c k ， 2 0=a c k ¥ ， t 1 0 2=a (c -x)+a x k 式中 a 1 和 a 2 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 0 t00-x= -c-k kk k ¥（8）， 將（8）式代入（7）式得：0 t20 t- 1k =t c -k kk k ¥（9）， 整理上式得到 t 2 0 t 0=-k c ( - )t+ k k k

5、 k¥ （10） 以tk 對t( - )t k k ¥ 作圖可得一直線，直線的斜率為2 0-k c ，由此可以得到反應(yīng)速率系數(shù)2k 。 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。本實(shí)驗(yàn)既可采用電導(dǎo)率儀，也可采用電導(dǎo)儀。 2. 實(shí)驗(yàn)操作 2.1 實(shí)驗(yàn)藥品、儀器型號及測試裝置示意圖 2.1.1 實(shí)驗(yàn)藥品 0.02moldm -3 naoh 標(biāo)準(zhǔn)溶液（此濃度僅為大概值，具體值需實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)確滴定）；0.01moldm -3 naac 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。 2.1.2 儀器型

6、號 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)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。 2.1.3 裝置示意圖 （如右圖所示） 2.2 實(shí)驗(yàn)條件 室溫 t = 19.3 o c 2.3 實(shí)驗(yàn)操作步驟及方法要點(diǎn) 1.乙酸乙酯溶液的配制 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：2 3 3) / ( 10 95 . 1 ) / ( 168 . 1 54 . 924 ) /( t t m k

7、g ´ ´ - ´ - = ×-r 配制方法如下：在 100ml 容量瓶中裝 2/3 體積的水，用 0.2ml 刻度移液管吸取所需乙酸乙酯的體積，滴入容量瓶中，加水至刻度，混勻待用。 2.儀器和藥品準(zhǔn)備 檢查儀器藥品，接通電源。設(shè)定恒溫槽溫度為 20（可根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整），用稀釋一倍的氫氧化鈉溶液調(diào)電導(dǎo)率儀指針在大約五分之四滿刻度的位置（注意實(shí)驗(yàn)過程中不準(zhǔn)在調(diào)指針位置），并接通相應(yīng)設(shè)備電源，準(zhǔn)備數(shù)據(jù)采集。 3.測量 將混合反應(yīng)器（如圖 1 所示）置于恒溫槽中，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

8、，將電導(dǎo)電極插入 2 池，恒溫約 10 分鐘，用洗耳球使 1、2 池中溶液混合均勻并立即開始電導(dǎo)數(shù)據(jù)采集，約 20 分鐘后即可停止實(shí)驗(yàn)。 取適量醋酸鈉溶液于電導(dǎo)管中，插入電導(dǎo)電極，恒溫后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） 圖 1：混合反應(yīng)器示意 升高溫度 35，重復(fù)以上步驟測定反應(yīng)電導(dǎo)率的變化，直到 35左右。 3. 結(jié)果與討論 3.1 原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 及數(shù)據(jù)的結(jié)算、處理 3.1.1 根據(jù)計算機(jī)采集到的數(shù)據(jù)，截取一段數(shù)據(jù)，列成表格；以 t 對( t )t 作圖，由直線斜率求出相應(yīng)溫度下的反應(yīng)速率系數(shù) k。 3.1.1.1 t120.6時，測得 k1763 h,

9、 可得： 圖 圖 1 20.6 電導(dǎo)率( t )t t 關(guān)系曲線 由直線斜率得，溫度 t=20.6時，速率系數(shù) k1 = - 0.0006 ； 等摩爾的乙酸乙酯和氫氧化鈉溶液混合后，初始濃度 co = 0.0201 / 2 = 0.0101 mol/l， 則，反應(yīng)速率常數(shù)為 k = - k1 / co = 0.00062 / 0.0101 = 0.0614 l/(mols)。 3.1.1.2 t125.5時，測得 k2853 h, 可得： 圖 圖 2 25.5 電導(dǎo)率( t )t t 關(guān)系曲線 y = -0.00083 x + 2192.65070r r 2 2 = 0.99854150015

10、50160016501700175018001850190019502021300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000y = -0.00062 x + 2044.66216r r 2 2 = 0.99947140015001600170018001900202121000 100000 202100 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 1000000 由直線斜率得，溫度 t=25.5時，速率系數(shù) k2 = -0.00083 ； 則，反應(yīng)速率常數(shù)為 k = - k2 / co =

11、0.00083 / 0.0101 = 0.0822 l/(mols)。 3.1.1.3 t130.3時，測得 k3942 h, 可得： 圖 圖 3 30.3 電導(dǎo)率(t )t t 關(guān)系曲線 由直線斜率得，溫度 t=30.3時，速率系數(shù) k3 = -0.00105 ； 則，反應(yīng)速率常數(shù)為 k = - k3 / co = 0.00105 / 0.0101 = 0.1040 l/(mols)。 所以，得到 3 組不同溫度下的反應(yīng)速率值： 表 表 1 1 不同溫度下的反應(yīng)速率系數(shù) k k 溫度 / 20.6 25.5 30.3 速率系數(shù)/( l/(mol s) 0.0614 0.0822 0.1040

12、 3.1.2 以 lnk/k 對 1t 作圖由直線斜率求出活化能 ea。 表 表 2 速率-溫 溫 度數(shù)據(jù)表 t/k k/( l/(mols) lnk/k 1/rt 293.8 0.0614 -2.790 0.0004094 298.7 0.0822 -2.499 0.0004027 303.5 0.1040 -2.263 0.0003963 y = -0.00105 x + 2321.12265r r 2 2 = 0.9989715001550160016501700175018001850190019502021300000 350000 400000 450000 500000 550000 600000 650000 700000 750000 800000 圖 圖 4 1/rt - lnk 曲線 由斜率得，活化能 ea = 40254 j/mol 。 3.2 討論分析 實(shí)驗(yàn)整體進(jìn)行得比較順利，結(jié)果也比較理想。第一組數(shù)據(jù)是最連續(xù)的，只在最開始的時候出現(xiàn)了一個斷點(diǎn)，且數(shù)據(jù)擬合的線性相關(guān)性大于 0.999。第二組數(shù)據(jù)測量過程中，由于發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)儀探針接觸試管壁而調(diào)整其位置，而造成了一段時間內(nèi)數(shù)據(jù)上下波動的隨機(jī)誤差，處理數(shù)據(jù)時不得不適當(dāng)取舍數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。第三組進(jìn)行時也出現(xiàn)了類似情況，一個小的外界擾動使得反應(yīng)進(jìn)行到 300s 左右時出現(xiàn)了斷點(diǎn)，處理