电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

2009-04-15 23:31:10|  分类： 物理化学实验报告 |  标签： |字号大中小 订阅 

一、实验目的

1．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；

2．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法。

二、实验原理

CH3COOC2H5+Na++OH-CH3COO-+Na++C2H5OH

为了方便起见，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)。 

CH3COOC2H5+NaOH  CH3COONa+ C2H5OH

t=0                         c             c                 0                 0

t=t                         c-x          c-x                x                 x

t∞                      0         0               c             c

二级反应的速率方程可表示为：dx/dt=k(c-x)(c-x) 

积分得：kt=x/c(c-x) 

t=t时， x=(G0-Gt)

t=∞时，c=(G0-G∞) 

则kt=(G0-Gt)/c[(G0-G∞)- (G0-Gt)]= (G0-Gt)/c (G0-G∞)

或ckt= (G0-Gt)/ (G0-G∞)

以(G0-Gt)/ (G0-G∞)对t作图应得一直线，由斜率即可求出反应速率常数k值，k的单位是min-1·mol-1·L

三、实验仪器及药品

1．仪器：

2．药品：

四、实验步骤

1．G0和G∞的测定

   将电导池洗净洪干，加入0.0100mol·l-1的NaOH溶液，液面约浸没铂黑电极1cm。 再将铂黑电极从电导水电取出，用相同浓度的NaOH溶液淋洗电极， （注意：不要碰电极上的铂黑）。然后将电导池置于25℃恒温水浴中，恒温10min，并接上电导率仪，测其电导率值，更换溶液重复测量，取其平均值即为G0。

实验测定中，不可能等到t→∞，故通常以0.0100mol·l-1CH3COONa溶液的电导值作为G∞，G∞的测量方法与G0相同。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，然后再用被测溶液淋洗2至3次。

2．Gt的测量

   电导池和电极的处理方法同前，用移液管移取25ml 0.0200mol·L-1NaOH溶液注入1号电导池中，再用另一台移液管移取25ml 0.0200mol·L-1 CH3COOC2H5注入2号电导池中，放入25℃恒温10min后，将其混合均匀并立即记时，同时用该溶液冲洗电极三次，开始测量其电导率值，由于反应为吸热反应，开始时会有所降低，因此一般从第6min开始读数，每隔2min测量一次，半小时后每隔5min测量一次，直到电导率数值变化不大时（约1小时），可停止测量。

   反应结束后，倾去反应液，洗净电导池及电极，将铂黑电极浸入蒸馏水中。

3．反应活化能的测定

   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。用阿仑尼乌斯公式，计算反应活化能。

                       lnk2/k1=E[(T2-T1)/T1T2]/R

五、数据处理

Gt: 30℃

k=0.39259min-1·mol-1·L

Gt: 35℃

k=0.75471 min-1·mol-1·L

E=12198.71J/mol

六、思考题

1．为何本实验要在恒温条件下进行，而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前袄要预先恒温？

答：温度对反应速率常数k影响很大，故反应过程应在恒温条件下进行。

2．为什么要使两种反应物的浓度相等？如何配制指定浓度的乙酸乙酸溶液？

答：(1)为了处理问题方便，在设计这个实验时将反应物CH3COOC2H5和NaOH 取相同的初浓度a作为起始浓度。在此条件下存在下式：以(G0-Gt)/ (G0-G∞)对t作图可得一直线，其斜率等于 ，由此可求得反应速率常数。

(2) 找出室温下乙酸乙酯的密度，进而计算出配制100mL 与NaOH同浓度的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升数V，然后用1mL 移液管吸取VmL 乙酸乙酯注入100mL 容量瓶中，稀释至刻度即可。

3．为什么要使两溶液尽快混合完毕？开始一段时间的测定时隔期为什么要短？

答：(1)实验过程中，要记录不同反应时间时体系的电导率，因此两溶液要尽快混合，且在混合时开始按下秒表计时。

(2)反应在开始一段时间内，体系的电导率下降较快，因此这段时间测定的时间间隔期要短。

4．反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念，反应级数只能通过实验来确定。试问如何从实验结果来验证乙酸乙酯反应为二级反应？

答：选择不同的乙酸乙酯浓度和氢氧化钠浓度，测定不同浓度的反应物在相同反应条件下的反应速率。

5．乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好的结果？

答：在恒温水浴中进行，并尽量采用稀溶液已控制反应速率，并不断搅拌。

6．如果CH3COOC2H5和NaOH溶液均为浓溶液，试问能否用此方法求得k值？为什么？

答：不能。这时体系的影响因素太多了。比如大量放热使体系温度不恒定，溶液较大的粘度对反应也有影响。

七、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。