310电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

实验八二级反应——乙酸乙酯的皂化一、实验目的1．用电导率仪测定乙酸乙酯皂化反应进程中的电导率。2．学会用图解法求二级反应的速率常数，并计算该反应的活化能。3．学会使用电导率仪和恒温水浴。二、预习要求1．了解电导法测定化学反应速率常数的原理。2．如何用图解法求二级反应的速率常数及如何计算反应的活化能。3．了解电导率仪和恒温水浴的使用方法及注意事项三、实验原理乙酸乙酯皂化反应是个二级反应，其反应方程式为CH3COOC2H5+Na++OH-→CH3COO-+Na++C2H5OH或CH3COOC2H5+OH-→CH3COO-+C2H5OHt=0c0c000t=0c0-xc0-xxxt=∞00c0c0当乙酸乙酯与氢氧化钠溶液的起始浓度相同时，如均为a，则反应速率表示为22ckdtdc(1)式中，x为时间t时反应物消耗掉的浓度，k为反应速率常数。将上式积分得tkcxc20011，或02011ctkxc(2)起始浓度c0已知，因此只要由实验测得不同时间t时的x值，以xcx0对t作图，应得一直线，直线的斜率便是k2值。乙酸乙酯皂化反应中，参加导电的离子有OH-、Na+和CH3COO-，由于反应体系是很稀的水溶液，可认为CH3COONa是全部电离的，因此，反应前后Na+的浓度不变，随着反应的进行，仅仅是导电能力很强的OH-离子逐渐被导电能力弱的CH3COO-离子所取代，致使溶液的电导逐渐减小，因此可用电导率仪测量皂化反应进程中电导率随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。令к0为t=0时溶液的电导，кt为时间t时混合溶液的电导，к∞为t=∞(反应完毕)时溶液的电导。则稀溶液中，电导值的减少量与CH3COO-浓度成正比，设K为比例常数，则к0=A1c0，к∞=A2c0，кt=A1(c0-x)+A2x由此可得000cxt(3)代入(2)式得：tkctt200(4)即tkckt02021(5)通过实验测定不同时间溶液的电导率κt和起始溶液的电导率κ0，以κt对tt0作图，得一直线，从直线的斜率也可求出反应速率数k值。如果知道不同温度下的反应速率常数k(T2)和k(T1)，根据Arrhenius公式，可计算出该反应的活化能E和反应半衰期。0211kct(6)四、仪器和药品1．仪器电导率仪(附DJS-1型铂黑电极)1台；电导池1只；恒温水浴1套；停表1只；移液管(50mL)3只；移液管(1mL)1只；容量瓶(250mL)1个；磨口三角瓶(200mL)5个。2．药品NaOH水溶液(0.0200mol·dm-3)；乙酸乙酯(A.R.)；电导水。五、实验步骤1．配制溶液配制与NaOH准确浓度(约0.0200mol·dm-3)相等的乙酸乙酯溶液。其方法是：找出室温下乙酸乙酯的密度，进而计算出配制250mL0.0200mol·dm-3(与NaOH准确浓度相同)的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的体积V（mL），然后用lmL移液管吸取VmL乙酸乙酯注入250mL容量瓶中，稀释至刻度，即为0.0200mol·dm-3的乙酸乙酯水溶液。2．调节恒温槽将恒温槽的温度调至(25.0±0.1)℃［或(30.0±0.1)℃］，恒温槽的使用见第Ⅱ部分第一章温度测量与控制。3．调节电导率仪电导率仪的使用见第Ⅱ部分第四章电学测量技术与仪器。4．溶液起始电导率κ0的测定在干燥的200mL磨口三角瓶中，用移液管加入50mL0.0200mol·dm-3的NaOH溶液和同数量的电导水，混合均匀后，倒出少量溶液洗涤电导池和电极，然后将剩余溶液倒入电导池(盖过电极上沿约2cm)，恒温约15min，并轻轻摇动数次，然后将电极插入溶液，测定溶液电导率，直至不变为止，此数值即为κ0。5．反应时电导率κt的测定用移液管移取50mL0.0200mol·dm-3的CH3COOC2H5，加入干燥的200mL磨口三角瓶中，用另一只移液管取50mL0.0200mol·dm-3的NaOH，加入另一干燥的200mL磨口三角瓶中。将两个三角瓶置于恒温槽中恒温15min，并摇动数次。同时，将电导池从恒温槽中取出，弃去上次溶液，用电导水洗净。将温好的NaOH溶液迅速倒入盛有CH3COOC2H5的三角瓶中，同时开动停表，作为反应的开始时间，迅速将溶液混合均匀，并用少量溶液洗涤电导池和电极，然后将溶液倒入电导池(溶液高度同前)，测定溶液的电导率κt，在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min各测电导率一次，记下kt和对应的时间t。6．另一温度下κ0和κt的测定调节恒温槽温度为(35.0±0.1)℃［或(40.0±0.1)℃］。重复上述4、5步骤，测定另一温度下的κo和κt。但在测定κt时，按反应进行4min、6min、8min、10min、12min、15min、18min、21min、24min、27min、30min测其电导率。实验结束后，关闭电源，取出电极，用电导水洗净并置于电导水中保存待用。六、注意事项1．本实验需用电导水，并避免接触空气及灰尘杂质落入。2．配好的NaOH溶液要防止空气中的CO2气体进入。3．乙酸乙酯溶液和NaOH溶液浓度必须相同。4．乙酸乙酯溶液需临时配制，配制时动作要迅速，以减少挥发损失。七.数据处理1．将t，κt，(κ0-κt)/t数据列表。2．以两个温度下的κt对(κ0-κt)/t作图，分别得一直线。3．由直线的斜率计算各温度下的速率常数k和反应半衰期t1/2。4．由两温度下的速率常数，按Arrhenius公式，计算乙酸乙酯皂化反应的活化能。【思考问题】1．为什么以0.0100mol·dm-3NaOH溶液的电导率就可认为是κ0?2．如果NaOH和CH3COOC2H5溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么?