乙酸乙酯皂化反應(yīng)動(dòng)力學(xué)分析

1、實(shí)驗(yàn)十乙酸乙酯皂化反應(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)率來(lái)代替對(duì)濃度的直接測(cè)量，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)特征和SevenMulti型電導(dǎo)率綜合 測(cè)試儀的使用?！娟P(guān)鍵詞】皂化反應(yīng) 電導(dǎo)率 反應(yīng)速率常數(shù)活化能一、前言化學(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

2、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。二、實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)原理乙酸乙酯皂化反應(yīng)為：CH3COOC2H5+Na+OH- CH3COO-+Na+C2H5OH在反應(yīng)中，各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間改變。乙酸乙酯的初始濃度為s氫氧化鈉的初始濃度 為饑當(dāng)時(shí)間為t時(shí)，各生成物的濃度均為加 此時(shí)刻的反應(yīng)速度為：dx1b(a - x)-7; = ka - x)(b - x)，積分可得：kt = ln ;xa (a - x)dta - b a (b - x)dx若初始濃度a=b，

3、9 (1)式變?yōu)闊o(wú)=k(a - x)2，積分得：kt =不同時(shí)刻各物質(zhì)的濃度可用化學(xué)分析法測(cè)出，在本實(shí)驗(yàn)中我們采用電導(dǎo)法來(lái)測(cè)定。電解 質(zhì)溶液的導(dǎo)電是正、負(fù)離子向陽(yáng)極、陰極遷移的結(jié)果，它與溶液中的離子濃度有關(guān)。在有 多種離子存在的溶液中，Lg是各種離子遷移作用的總和，它與溶液中離子的數(shù)目，離子所 帶電荷以及離子遷移率有關(guān)。反應(yīng)前后溶液中離子數(shù)目和離子所帶電荷不變，但由于 CH3COO-的遷移率比OH-的遷移率小，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，OH-不斷減少，CH3COO-的濃度 不斷增加，體系電導(dǎo)率值會(huì)不斷下降，可以認(rèn)為體系的電導(dǎo)率的減少量和C H3COO-的濃度 x增加量成正比，在t=t時(shí)，x = K(L0

4、 - L ) , L0為起始時(shí)的電導(dǎo)率，Lt為t時(shí)的電導(dǎo)率。當(dāng)t=tg時(shí)反應(yīng)終了 CH3COO-的濃度為a，即：a = K(L - L)，式中L即反應(yīng)終了時(shí)的 電導(dǎo)率，K為比例常數(shù)，得：K (LL - )(LL -)kt =Fo二1 =o1aK KLL- )-(LL-)a (LL- )080 tt 8L-Lt=akL akL TOC o 1-5 h z 只要測(cè)定了 L、乙8以及一組Lj直后，利用L L對(duì)t作圖，應(yīng)得一直線，直線的斜率就 03tL L是反應(yīng)速度和初始濃度a的乘積。反應(yīng)的活化能可根據(jù)阿累尼烏斯公式求算: d ln k E =JdTRT 2積分得:k Eln-2 = a HYPERL

5、INK l bookmark35 o Current Document k1R式中k1、k2分別對(duì)應(yīng)于溫度T1、T2的反應(yīng)速率常數(shù)，R為氣體常數(shù)，Ea為反應(yīng)的活化 能。因而求得不同溫度下的反應(yīng)速率常數(shù)，再結(jié)合對(duì)應(yīng)溫度便可得到反應(yīng)的活化能。（二）儀器與藥品SevenMulti型電導(dǎo)率綜合測(cè)試儀梅特勒-托利多公司恒溫槽南京大學(xué)應(yīng)用物理研究所研制電導(dǎo)池100mL恒溫夾套反應(yīng)器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)吸耳球1只ch3cooc2h5試劑（分析純）NaOH （分析純）酚歐指示劑溶液（三）實(shí)驗(yàn)步驟1、打開(kāi)恒溫槽使其恒溫在33C0.2C。

6、（在實(shí)驗(yàn)中，本組五名實(shí)驗(yàn)的同學(xué)各測(cè)兩個(gè) 溫度下的電導(dǎo)率變化，其中33C和35C下的測(cè)量由該報(bào)告完成人承擔(dān)。）2、打開(kāi)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(mǎn)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=13001400 u S/cm4、NaOH溶液的滴定：（室溫下）將配制好的NaOH溶液用人工手動(dòng)滴定管和酚歐指示劑在室溫下進(jìn)行濃度測(cè) 定，重復(fù)三次以上

7、，取平均值。5、L0 （或 PH0 ）的測(cè)定（33C）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)。6、L七（或PH ：）的測(cè)定：完成L0 （或PHo）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(guò)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)。電導(dǎo)率儀會(huì)自動(dòng)采集數(shù)據(jù)，四十分鐘后數(shù)據(jù)采集完成進(jìn)行下一步。7、按步驟5、6和7在35C進(jìn)行測(cè)量。（四）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

8、拭電極上的鉑黑。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析k(L/molmin)（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)果（原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理附后）25.023.832.244.936.0溫度（C）7.06315.9214 12.898624.129213.7911活化能 E =50.59kJ/mol（二）結(jié)果分析由圖可知電導(dǎo)率與時(shí)間有很好的線性關(guān)系，即乙酸乙酯濃度與時(shí)間有很好的線性關(guān)系，說(shuō)明 本反應(yīng)為二級(jí)反應(yīng)。（三）誤差分析1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的誤差：在使用二=akt這個(gè)公式時(shí)，我們假定CH3COONa完全電離，但是實(shí)際實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，f , f ,CH3COONa不可能完全電離。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中乙酸乙酯要完全反應(yīng)才能用初始乙酸乙酯的量去 計(jì)算反應(yīng)后的CH3

9、COOT勺濃度，然而在實(shí)驗(yàn)時(shí)，乙酸乙酯量的確定是由NaOH溶液濃度的 滴定結(jié)果按一比一反應(yīng)得到的，而且由于精度的影響，乙酸乙酯的量取是很不精確的，這不 僅會(huì)影響到反應(yīng)能否進(jìn)行完全、影響a值的確定，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出的直線斜率是a與速率 常數(shù)k的乘積知，對(duì)k的值也會(huì)有很大影響。2、實(shí)驗(yàn)操作中遇到的問(wèn)題及對(duì)結(jié)果的影響：滴定時(shí)造成的誤差：首先考慮讀數(shù)的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)中NaOH溶液滴定的平行實(shí)驗(yàn)是由兩個(gè)人完成的，由于個(gè)人讀 數(shù)習(xí)慣的不同會(huì)造成結(jié)果有些許偏差。由于是用酚酞的顏色變化來(lái)確定滴定終點(diǎn)的，因而終 點(diǎn)顏色的判斷也成為誤差的來(lái)源之一。放置的NaOH溶液會(huì)吸收空氣中的CO2變成 Na2CO3,這使得滴定終

10、點(diǎn)不易判斷，因?yàn)樾枰敕昼姴煌松?；滴定時(shí)長(zhǎng)時(shí)間觀察也會(huì)使眼 睛對(duì)變色不敏感，且滴定測(cè)得的濃度不完全等于NaOH溶液的濃度。乙酸乙酯加入時(shí)造成的誤差：為保證反應(yīng)物的量的一致性，即滿(mǎn)足3=上盡量不要讓乙酸乙酯掛在壁上，量取時(shí)可以稍稍 多一點(diǎn)以避免移取過(guò)程中的損失對(duì)結(jié)果造成影響。另外，在做35 r溫度下的實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于 加乙酸乙酯的導(dǎo)管口恰好被擋著，不得已既要考慮磁子的位置又要改變反應(yīng)容器的位置，結(jié) 果由于未注意好電導(dǎo)率儀的電極位置，造成溫度的急劇下降，在幾分鐘內(nèi)都沒(méi)有升到所需溫 度，因而反應(yīng)剛開(kāi)始幾分鐘內(nèi)的數(shù)據(jù)不可用而被舍去。另外，在后來(lái)調(diào)整反應(yīng)容器時(shí)不是很 容易調(diào)到合適位置的原因就是磁子不能很好的

11、轉(zhuǎn)動(dòng)，在不斷的調(diào)整位置和轉(zhuǎn)速后才調(diào)好，所 以在以后的實(shí)驗(yàn)中一定要先調(diào)整好儀器的位置和取向，避免此種現(xiàn)象的反生。恒溫不能完全達(dá)到造成的誤差：由數(shù)據(jù)可以看出反應(yīng)過(guò)程中溶液的溫度有小幅度的變化，這是由于恒溫水槽升溫較 慢， 且溶液溫度與實(shí)際設(shè)定溫度有一定的差距。在實(shí)驗(yàn)前一定要記得測(cè)量幾個(gè)L0的值，另外還 要注意溫度是否穩(wěn)定了一段時(shí)間，在溫度較高時(shí)，要達(dá)到所需溫度且保持恒定不太容易，因 而在溫度很長(zhǎng)一段時(shí)間不再變化或很緩慢地只改變0.1 C時(shí)便可加入乙酸乙酯。3、數(shù)據(jù)記錄及處理中的誤差：本實(shí)驗(yàn)使用的儀器有自動(dòng)每隔五秒采集一次數(shù)據(jù)的功能，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中共采集40分鐘， 其中前半部分是未加入乙酸乙酯時(shí)的

12、數(shù)據(jù)，中間某一時(shí)刻加入乙酸乙酯，但這樣不能保證反 應(yīng)恰開(kāi)始時(shí)刻的數(shù)據(jù)被采集到，而數(shù)據(jù)處理中所用的到時(shí)間項(xiàng)t是以乙酸乙酯加入時(shí)刻為基 準(zhǔn)的，因而由此帶來(lái)的誤差是不可由舍掉一部分?jǐn)?shù)據(jù)就避免的。另外，在作圖時(shí)，采用了兩 種方法處理，一種是每隔一或兩分鐘取一個(gè)數(shù)據(jù)為點(diǎn)作圖，另一種是把所有的點(diǎn)都繪出，選 中間較為線性的一段通過(guò)擬合結(jié)果求得k值。通過(guò)比較發(fā)現(xiàn)。后者的結(jié)果較為可靠，因而數(shù) 據(jù)處理中便僅給出此種方法處理的結(jié)果?！緟⒖嘉墨I(xiàn)】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。傅獻(xiàn)彩，沈文霞，姚天揚(yáng),侯文華.物理化學(xué)（第五版）上冊(cè)M.南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院， 高等教育出版社,200

13、5.Research of Ethyl Acetates Saponification Reaction for DynamicsL Abstract In this experiment, we calculate the Rate constant of the saponification reaction by using method of measuring Electrolytic conductance instead of measuring the concentration directly, and then calculate the activation energ

14、y of the reaction. According to the research, we find some regulates for dynamics and learn the use of SevenMulticonductivity meter.【Key Words saponification reaction conductivity rate constant activation energy【附錄】實(shí)驗(yàn)所得的數(shù)據(jù)記錄與處理一，數(shù)據(jù)記錄1、NaOH溶液的滴定滴定實(shí)驗(yàn)編號(hào)鄰苯二甲酸氫鉀質(zhì)量g0.03000.0227g0.0153gNaOH溶液用量mL29.8122.49

15、15.21NaOH溶液濃度moldm30.004900.004950.00493NaOH溶液濃度均值moldm30.00493乙酸乙酯溶液用量mL0.052、25C數(shù)據(jù) （數(shù)據(jù)表格另附）L - LL0 切以Lt為橫坐標(biāo)，以 為縱坐標(biāo)作出如下擬合直線：由擬合結(jié)果可知斜率 ak=0.0363,又 a=0.00493moldm3,因此 k=7.0631dm3. mol-1 min-13、同理可得其他溫度下的數(shù)據(jù)： 23.8C：t-utui - t-ioui - UIP9868S 1.= qqTE宅一Lup|OLU6*00P油 X 6我90()=半遂愣71 01-1:。容&以9乙00=玳遂愣t-utui - t-ioui uip*Le6G=l宅一LUP|OLU6*OCTO油 X7 36 C：斜率 ak=0.06799，又 a=0.00493modm3，因此 k=13.7911dm3. mol-1. min-1 44.9 C：斜率 ak=0.14443，又 a=0.00493mol，dm3，因此 k=24.1292dm3. mol-1. min-13、反應(yīng)速率常數(shù)及活化能的計(jì)算ln k = In 七 +