乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定20130415分析

DepartmentofChemistry乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定一、实验目的二、实验原理三、药品仪器四、实验步骤五、实验记录六、数据处理八、注意事项九、思考题七、结果分析与讨论DepartmentofChemistry实验目的1.掌握测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及反应活化能的物理方法----电导法；2.了解二级反应的特点，学会用作图法求二级反应的速率常数及其活化能；3.进一步熟悉电导测量方法和电导率仪的使用。DepartmentofChemistry实验原理乙酸乙酯皂化反应是个典型的二级反应。设反应物起始浓度均为C0，经时间t后产物的浓度为x。OHHCCOONaCHNaOHHCOOCCH523523t=0C0C000t=tC0-xC0-xxxt=∞00C0C0该反应的速率方程为：20)(xCKdtdx积分得：-------------（1）0011cKtxcDepartmentofChemistry本实验采用电导法测量皂化反应中电导L随时间t的变化。设L0、Lt、L∞分别代表时间为0、t、∞时溶液的电导。在稀溶液下，乙酸乙醋皂化反应，在不同反应时刻，其电导率与浓度的满足以下关系：)()()()0(0000ttxxCLtCLtCLt式中：α、β----与温度、溶剂、电解质NaOH及NaAc的性质有关的比例常数；L0、L∞----反应开始和终了时溶液的总电导率；Lt----时间t时溶液的总电导率。-----------（2）DepartmentofChemistry采用电导率法的依据：（1）溶液中参与导电的离子只有OH-、Na+和CH3COO-，随着反应进行，Na+浓度保持不变，OH-则不断减少，而CH3COO-不断增多，由于OH-的摩尔电导比离子的摩尔电导大得多，因此，随着反应的进行，溶液电导不断减少。（2）在很稀溶液中，每种强电解质的电导率L与浓度成正比，而且溶液的总电导率等于溶液中各电解质电导率之和。DepartmentofChemistry由（2）式得：---------（3）000)(CLLLLxt将（3）式代入（1）得：001ttLLLLCkttLLLtt0~作直线关系图，从斜率求出反应速率常数k。DepartmentofChemistry根据阿仑尼乌斯（Ａrrhenius)公式，反应活化能Ｅa可由下式求出：212112()lnaETTkkRTT式中：k1、k2分别为温度Ｔ1、Ｔ2时反应的速率常数。DepartmentofChemistry药品仪器1.电导率仪；2.恒温槽一套；3.反应管；4.移液管、大试管、容量瓶等；5.乙酸乙醋(AR)(0.02mol/L)氢氧化钠(AR)(0.02mol/L)；DepartmentofChemistry恒温槽一套（实物图片）控温仪玻璃温度计接触温度计电动搅拌器加热器DepartmentofChemistry实验步骤开启恒温槽调节温度洗涤试管反应器并烘干恒温反应过程的电导率测定量取被测溶液于试管反应管测定初始电导率L0配制乙酸乙醋溶液DepartmentofChemistry恒温槽装置•连接好恒温槽装置，打开电动搅拌器、控温仪的开关，调节接触温度计的温度(以玻璃温度计为准，30℃或35℃)，加热至恒温。•注意：加热器的插头，应插在控温仪的插孔上，不得直接插到其它电源插座上。DepartmentofChemistry乙酸乙酯溶液的配制•乙酸乙醋溶液的浓度应与氢氧化钠溶液的浓度相同（均为0.02mol/L）；•配制100ml0.02mol/L的乙酸乙酯，需乙酸乙酯m=0.17622g（m/M=0.1*0.02，M为乙酸乙酯的分子量88.11g/mol）；•即：乙酸乙酯的体积为V=m/ρ；•乙酸乙酯密度与温度关系：2631095.110168.192454.0tt式中：密度ρ的单位为g/ml;温度t的单位为℃。DepartmentofChemistry•用移液管量取20ml0.02mol/LNaOH溶液和20ml蒸馏水放于100ml烧杯中，混均后倒入大试管中（盖上橡皮塞）。•在反应管的小管中加入20ml0.02mol/L乙酸乙酯溶液，大管中加入20ml0.02mol/LNaOH溶液（均盖上橡皮塞）。•把它们同时放入恒温槽中，恒温15分钟。DepartmentofChemistry•溶液在恒温槽中恒温15min后，即可以进行测定。DepartmentofChemistry•设置电导率仪的量程；•对温度进行补偿（根据室温）；•对仪器进行校正，把“校正测量”转换开关置于“校正”处，调节常数校正旋钮至示值为电导电极常数；•把“校正测量”转换开关置于“测量”处，即可开始测量。DepartmentofChemistry用蒸馏水冲洗电导电极，用滤纸吸干电极上的水，把电极插入大试管中(恒温15min后)，测得的电导率即为初始电导率Ｌ0。初始电导率Ｌ0的测定DepartmentofChemistry电导率Ｌt的测定：•用蒸馏水冲洗电导电极，用滤纸吸干电极上的水，电极挂在架上待用。•待反应管溶液恒温15分钟后，混合，开始计时。•插入电极，测量Ｌt的值，从计时开始每5分钟记录一次，30分钟后第10分钟记录一次，到60分钟为止。DepartmentofChemistry•按照上述方法，测定30℃或35℃时的L0及Lt的数值。DepartmentofChemistry实验数据记录实验日期：；(1)第一次恒温温度：℃；L0=ms/cm(2)第二次恒温温度：℃；L0=ms/cm时间(min)电导率Lt时间(min)电导率LtDepartmentofChemistry数据处理1.计算；2.作关系图；3.计算直线斜率k，反应速率常数K；4.求出皂化反应的Ｅa；5.文献值。tLLt0tLLLtt0~DepartmentofChemistry计算(L0-Lt)/t的结果：t(min)Lt(L0-Lt)/t(1)第一次恒温温度：℃；L0=ms/cm(2)第二次恒温温度：℃；L0=ms/cmt(min)Lt(L0-Lt)/tDepartmentofChemistry(L0-Lt)/t1(L0-Lt)/t2(L0-Lt)/tLt(ms/cm)0ABLt1Lt2的关系图tLLLtt0~第一次恒温温度30℃DepartmentofChemistry(L0-Lt)/t1(L0-Lt)/t2(L0-Lt)/tLt(ms/cm)0ABLt1Lt2的关系图tLLLtt0~第二次恒温温度35℃DepartmentofChemistry直线斜率k1、k2用下式计算：102012)()(tLLtLLLLktt反应速率常数Ｋ1、Ｋ2用下式计算：kCK01DepartmentofChemistry皂化反应活化能Ea用阿仑尼乌斯（Ａrrhenius)公式计算：211212)(lnTRTTTEKKaDepartmentofChemistry文献值：在25℃下，氢氧化钠浓度，乙酸乙酯浓度均为0.02mol/L，其反应速率常数:k=6.4（molㆍL-1）-1ㆍmin-1其中反应速率常数与温度的关系式为：54.400754.01780lgTTKDepartmentofChemistry乙酸乙酯皂化反应的活化能:Ea=27.3KJ/molDepartmentofChemistry实验结果与讨论⑴结果：实测值为Ｅa=⑵计算实验偏差：⑶分析产生偏差的原因：⑷有何建议与想法？DepartmentofChemistry注意事项：1.电导率仪要进行温度补偿及常数校正；2.反应液在恒温时都要用橡胶塞子盖好；3.混合过程既要快速，又要小心谨慎，不要把溶液挤出反应管；4.严格控制恒温的温度，因为反应过程温度对反应速率常数影响很大；5.严格配制溶液的浓度，保证氢氧化钠与乙酸乙酯的浓度相等，否则反应速率常数计算公式将发生变化。DepartmentofChemistry思考题1.为什么本实验要在恒温下进行？而且氢氧化钠与乙酸乙酯溶液混合前要预先恒温？2.各溶液在恒温和操作过程中为什么要盖好？3.如何从实验结果验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应？4.如果氢氧化钠和乙酸乙酯起始浓度不相等，则应怎样计算k值？5.被测溶液的电导是哪些离子的贡献？反应过程中溶液的电导为何发生变化？DepartmentofChemistry重点难点•重点：电导法测量的原理；阿仑尼乌斯方程应用；电导率仪使用方法。•难点：电导仪工作原理。