电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数

电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数物理化学实验实验目的用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，了解反应活化能的测定方法了解二级反应的特点，学会用图解计算法求取二级反应的速率常数及其活化能熟悉电导测量方法和电导率仪的使用。乙酸乙酯皂化反应是一个二级反应：CH3COOC2H5+Na++OH-CH3COO-+Na++C2H5OH在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变。某一时刻的OH-离子浓度，可以用标准酸进行滴定求得，也可以通过测量溶液的某些物理性质而求出。以电导仪测定溶液的电导值G随时间的变化关系，可以监测反应的进程，进而可求算反应的速率常数。实验原理二级反应的速率与反应物的浓度有关。为了处理方便起见，在设计实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH采用相同的浓度c作为起始浓度。当反应时间为t时，反应所生成的CH3COO-和C2H5OH的浓度为x，那么CH3COOC2H5和NaOH的浓度则为(c-x)。设逆反应可以忽略，则应有实验原理cctxxxcxcttcct00000OHHCCOONaCHNaOHHCOOCCH523523时时时实验原理二级反应的速率方程可表示为))((xcxckdtdx)(xccxkt积分得故只要测出反应进程中t时的x值，再将c代入，就可以算出反应速率常数k值。(1)(2)实验原理由于反应是在稀的水溶液中进行的，故可假定CH3COONa全部电离。溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和CH3COO-等，而Na+在反应前后浓度不变，OH-的迁移率比CH3COO-的迁移率大得多。随着反应时间的增加，OH-不断减少，而CH3COO-不断增加，所以体系电导值不断下降。在一定范围内，可以认为体系电导值的减少量和CH3COONa的浓度x的增加量成正比，即实验原理式中G0和Gt分别为起始和t时的电导值，为反应终了时的电导值，β为比例常数。将（3）、（4）式代入式（2）得：G)()]()[()(0000GGcGGGGGGcGGkttttt)()(00GGctGGxttt时，时，（3）（4）实验原理从直线方程式（5）可知，只要测定出G0、以及一组Gt值后，利用对t作图，应得一直线，由斜率即可求得反应速率常数k值，k的单位为min-1•mol-1•dm3。G)/()(0GGGGtt整理成cktGGGGtt0（5）实验原理电导率仪一套恒温水浴一套叉形电导池2只移液管（10mL）2支烧杯（50ml）一只容量瓶（100mL）1个称量瓶（25mm23mm）一只停表一只乙酸乙酯（分析纯）氢氧化钠（0.0200mol/L）CH3COONa(分析纯)仪器和试剂恒温槽叉形电导池电导率仪1、恒温槽调节及溶液的配制开启恒温水浴，调节恒温槽温度到适宜温度。配制0.0200mol/L的乙酸乙酯溶液100mL。分别取10mL蒸馏水和10mL0.0200mol/LNaOH的溶液，加到洁净、干燥的叉形电导池中充分混合均匀，置于恒温槽中恒温10min。实验步骤2、G0、G∞的测定用电导率测定上述已恒温的溶液的电导值G0。实验测定中，不可能等到t∞，且反应也并不完全不可逆，所以通常以0.0100mol/L的CH3COONa溶液的电导值作为G∞，测量方法同G0。必须注意，每次更换电导池中的溶液时，都要先用电导水淋洗电极和电导池，接着再用被测溶液淋洗2到3次。3、Gt的测定在另一支叉形电导池直支管中加入0.0200mol/L的乙酸乙酯溶液10mL，侧支管中加入0.0200mol/L的NaOH溶液10mL，并把洗净的电导电极插入直支管中。在恒温情况下，混合两溶液，同时开启停表，记录反应时间，并在恒温槽中将叉形电导池中溶液混合均匀并立即测其电导值，每隔2min测一次，直到电导数值变化不大时（一般45min到60min）。如果实验时间允许，可按上述操作步骤和计算方法，测定另一温度下的反应速率常数k值，用阿仑尼乌斯（Arrhenius）公式，计算反应活化能。211212lnTTTTREkk（6）式中k1、k2分别为温度T1、T2时测得的反应速率常数，R为气体常数，E为反应的活化能。4、反应活化能的测量数据处理一、根据测定数据，以对t作图，应得一直线，由斜率即可求出反应速率常数k值。二、由不同温度所求得的k1、k2，求出反应活化能E。)GG(GGtt0实验注意事项1.电导率仪要进行温度补偿及常数校正；2.实验用的蒸馏水须事先煮沸，待冷却后使用，以免溶有的CO2致使溶液浓度发生变化。3.反应液在恒温时都要用橡胶塞子盖好。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.测定G0时，溶液均需临时配制。6.所用NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液浓度必须相等，否则反应速率常数计算公式将发生变化。7.为使NaOH溶液与CH3COOC2H5溶液确保混合均匀，需使该两溶液在叉形管中多次来回往复。8.每次更换电导池中的溶液时，都要先用电导水淋洗电极和电导池，接着再用被测溶液淋洗2到3次。不可用纸拭擦电导电极上的铂黑。讨论乙酸乙酯皂化反应系吸热反应，混合后体系温度降低，所以在混合后的起始几分钟内所测溶液的电导偏低，因此最好在反应后开始，否则，由对t作图得到的是一抛物线，而不是直线。)GG(GGtt0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？如果NaOH溶液与CH3COOC2H5溶液为浓溶液，能否用此法求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？6.乙酸乙酯皂化反应系吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而是实验得到较好结果？思考题