实验八电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数.docx
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实验八电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数
实验八-电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数
实验四电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数
一、目的要求
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、基本原理
1乙酸乙酯皂化是一个二级反应,其反应式为
CH3COOC2H5+Na++OH-→CH3COO-+Na++C2H5OH
在反应过程中,各物质的浓度随时间改变。
某一时刻的OH-离子浓度,可以用标准酸滴定,也可以通过测量溶液的某些物理性质而求出。
以电导率仪测定溶液的电导率值
随时间的变化关系,可以监测反应的进程,进而可以求算反应的速率常数。
反二级反应的速率与应物的浓度有关。
方便起见,设计实验时应物的浓度均采用a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,则CH3COOC2H5和NaOH的浓度为(a-x)。
设逆反应可以忽略,则有CH3COOC2H5
CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
t=0cc00
t=ta-xa-xxx
t→∞→0→0→c→a
二级反应的速率方程可表示为
(1)
积分得
(2)
起始浓度a为已知,因此只要由实验测得不同时间t时的x值,以
对t作图,应得一直线,从直线的斜率m(=ak)便可求出k值。
由于反应是在稀水溶液中进行的,因此可以假定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-大得多。
随反应时间的增加,OH-不断减少,而CH3COO-不断增加,所以体系的电导值不断下降。
在一定范围内可以认为体系的电导值减少量和CH3COONa的浓度x的增加量成正比,即
t=t时,x=β(κ0-κt)(3)
t=∞时,a=β(κ0-κ∞)(4)
式中κ0和κt分别为起始和t时的电导值,κ∞为反应终了时的电导值,β为比例常数。
将(3),(4)代入
(2)得
κ0-κt╱κt-κ∞=akt(5)
从直线方程(5)知,只要测定出κ0,κ∞以及一组值以后,利用(κ0-κt)╱(κt-κ∞)对t作图,应的一直线,由斜率即可求得反应的速率常数k,k的单位为min-1.mol-1.dm3。
由电导与电导率κ的关系式:
G=κ
代入(5)式得:
(6)
本实验可以不测κ∞,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
作图,也得一直线,从直线的斜率也可求出反应速率数k值。
在不同温度T1、T2时测出反应速率常数K(T1),K(T2),则由阿伦尼乌斯公式求酸反应的活化能。
三仪器试剂
DDSJ-308A型电导率仪1套秒表1只
恒温水浴1套0.0200mol/dm3NaOH(新鲜配制)
双管电导池1套0.0200mol/dm3CH3COOC2H5(新鲜配制)
移液管2只
四实验步骤
1.启动恒温水浴,调至所需温度。
恒温水浴
的构造和使用方法可参阅实验一。
2.电导率仪的调节
本实验可采用DDSJ-308A型电导率仪。
DDSJ-308A型电导率仪是一台智能型的实验室
常规分析仪器,它适用于实验室精确测量水溶液
的电导率及温度、总溶解固体量(TDS)及温度,
也可以测量纯水的纯度与温度,以及海水淡化处
理中的含盐量的测定。
对常数1.0、10类型的电
图1电导率仪正面图
导电极有“光亮”和“铂黑”两种形式。
电导电
极出厂时,每支电极都标有一定的电极常数。
用
户需将次值输入仪器。
例如:
电导电极常数为0.98,
则具体操作如下:
在电导率测量状态下,按“电极常数”键,仪器显示很多字,其中“选择”指选择电极常数档次,“调节”指调节当前档次下的电极常数值。
当电导率
时,必须采用电极常数为10的电极,
。
电源插座接通通用电器源的电源,仪器可以进行正常操作。
按下“ON/OFF”键,仪器将显示厂标、仪器型号、名称,即“DDSJ-308A型电导率仪”。
几秒后,仪器自动进入测量工作状态,此时仪器采用的参数为用户最新设置的参数。
如果用户不需要改变参数,则无需进行任何操作,即可直接进行测量。
测量结束后,按“ON/OFF”键,仪器关机。
如果需要改变参数(如改变电极常数,改变测定模式),可通过仪器提示进行参数改变。
3.
和
的测量(两个不同温度25℃和30℃下)
采用双管电导池,其装置如图二。
先将铂黑电极取出,浸入电导水中。
取下橡皮塞,将双管电导池洗净烘干,加入适量0.0100mol/dm3NaOH溶液,再将铂黑电极取出,用相同浓度的NaOH溶液淋洗。
按图二组装电导池,置于恒温水浴10min。
接上电导率仪,按实验步
骤3,测量溶液的电导率值,每隔2min读一次数据,读三次取平均值
。
以0.0100mol/dm3CH3COONa溶液的电导率值作为
反应结束后,倾去反应物,洗净电导池,重新测量
。
如果与反应前的电导率值基本一致,可终止实验。
本实验中可以不测
。
4.
的测量(两个不同温度25℃和30℃下)
双管电导池和电极的处理方法同前,安装后置于恒温水浴内,然后用移液管吸取10ml0.0200mol/dm3NaOH注入A管,用移液管吸取10ml0.0200mol/dm3CH3COOC2H5注入B管,置于恒温水浴10min,用吸耳球将CH3COOC2H5压入A管。
注入一半时,记录时间。
反复压几次,使溶液混合均匀,并立即开始测量其电导值,每隔2min读一次数据,直至电导值变化不大时(一般反应时间为45min至1h),可停止测量。
图2双管电导池示意图
反应结束后,倾去反应物,洗净电导池,将铂黑电极侵入电导水中。
五数据处理
1.数据记录:
初始浓度____________,室温_____________
2.25℃时,10ml水+10mlNaOH(0.02M)的平均电导率:
=____________μΩ-1·cm-1
10ml乙酸乙酯(0.02M)+10mlNaOH(0.02M)
3
6
9
12
15
20
25
30
35
40
50
60
3.35℃时,10ml水+10mlNaOH(0.02M)的平均电导率:
=____________μΩ-1·cm-1
10ml乙酸乙酯(0.02M)+10mlNaOH(0.02M)
3
6
9
12
15
20
25
30
35
40
50
60
4.反应活化能的计算
如果反应时间允许,可按上述操作步骤和计算方法,测定另一温度下的反应速度常数k值,用阿仑尼乌斯(Arrhenius)公式,计算反应活化能和反应半衰期。
(7)
式中k1,k2分别为温度T1,T2时测的反应速率常数,R为气体常数,E为反应的活化能。
5.参考文献值进行误差分析。
实验要求:
①
对
图现行良好。
②[1]
文献值[2]1:
C(CH3COOC2H5)/mol.dm-3
C(OH-)/mol.dm-3
t/(0C)
k/dm3mol-.1s-1
k/dm3mol-.1min-1
E/kcal.mol-1
文献
0.01
0.02
0
10
19
8.65×10-3
2.35×10-2
5.03×10-2
0.519
1.41
3.02
14.6
[3]
0.21
0.023
25
6.85
[4]
lg(k/dm3mol-.1min-1)=-1780/(T/K+0.00754T/K+4.53
[5]
文献值[3]:
六、问题讨论
1.实验关键点
①为避免溶于水中的CO2引起NaOH浓度的变化,要用无CO2(通常先煮沸)的冷却蒸馏水。
②反应物NaOH和CH3COOC2H5的浓度相同,可确定为2A级反应;否则便是A-B级反应。
③乙酸乙酯皂化反应是吸热反应,混合后最初几分钟测值偏低,故第1点应5min之后。
温度对实验数据的影响大,须待被测体系恒温10min,否则会引起始时温度的不恒定而使电导偏低或偏高,导致实验作图线性不佳。
2.为何本实验要在恒温条件下进行,而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温?
解:
反应的速率常数有关于反应物本身之外还有关于体系温度、反应物浓度、反应器等,因此实验要在恒温条件下进行,而且反应始终要进行在恒温下,因此乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先恒温。
3.反应分子数和反应数是两个完全不同的概念,反应级数只能实验来确定。
试问如何从实验结果来验证乙酸乙酯皂化反应为二级反应?
解:
用
怍图,如得到一直线这表明该反应是二级反应,否则不是二级反应。
4.乙酸乙酯皂化反应为吸热反应,试问在反应过程中如何处置这一影响而使实验得到较好的结果?
解:
反应始终要进行恒温槽中,而且要自动控制温度。
5.如果NaOH与CH3COOC2H5溶液均为浓溶液,试问能否用此方法求得k值?
为什麽?
解:
根据溶液浓度与电导之间存在曲线关系[2](参考“物化”P528),k值不能测定。
6.为什么用0.01mol/dm3的NaOH和0.01mol/dm3CH3COONa溶液测其电导率就可以认为是
和
?
解:
NaOH和CH3COONa事情电解质,假定它们在稀溶液中完全离解。
乙酸乙酯、乙醇、和水对电导无贡献,且0.02mol/dm3的NaOH溶液和0.02mol/dm3的CH3COOC2H5溶液混合,[OH-]就是0.01mol/dm3的NaOH,同理0.01mol/dm3[CH3COONa]代表了反应完全(此反应不可逆)即OH-消耗完时的CH3COO-离子浓度。
所以它们分别代表了
和
。
7.在乙酸乙酯皂化反应实验中,若反应物CH3COOC2H5,NaOH溶液的浓度均为0.01mol/dm3等体积混合后,则反应终止时体系的电导率可用下列哪种溶液的电导率值代替?
(A)0.0100mol/dm3的NaOH(B)0.00500mol/dm3的NaOH
(C)0.00500mol/dm3的CH3COOH(D)0.00500mol/dm3的CH3COONa
解:
(D)
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- 实验 电导 测定 乙酸乙酯 皂化 反应 速率 常数
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