乙酸乙酯皂化反应速率常数及活化能的测定

篇一：电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数数据处理

【数据处理】

① 25℃的反应速率常数kT1，将实验数据及计算结果填入下表：

-1

恒温温度=24.9℃?0=1.994ms·cm

VV

乙酸乙酯NaOH

=10.00mL[乙酸乙酯]=0.0200mol/L

=10.00mL[NaOH]=0.0200mol/L c0=0.5×0.0200=0.01mol/L

图1：25℃?t-

?0??t

t

由于第一个数据偏离其它数据太多，有明显的误差，所以舍去。

数据处理：

?t对

?0??t

t

作图,求出斜率m，并由

m?

1

kc0求出速率常数.

直线公式：y=16.616x + 0.7888R2=0.9998

m=16.616，kT1=1/(mc0)=1/(16.616*0.01)mol·L-1·min=6.02L/(mol·min) 文献参考值：k（298.2K）=（6±1）L/(mol·min)

② 用同样的方法求37℃的反应速率常数kT2，计算反应的表观活化能Ea： 恒温温度=35.0℃

?0=2.27ms·cm-1

V乙酸乙酯=10.00mL[乙酸乙酯]=0.0200mol/L VNaOH=10.00mL[NaOH]=0.0200mol/L c0=0.5×0.0200=0.0100mol/L 实验数据记录及处理表2：

图1：25℃?t-

?0??t

t

直线公式：y=13.369x + 0.8954R2=0.969

m=13.369，kT2=1/(mc0)=1/(13.369*0.01)mol·L-1·min=7.48L/(mol·min) 文献参考值：k（308.2K）=（10±2）L/(mol·min) b．计算反应的表观活化能：文献值：Ea=46.1kJ/mol ln(kT2/kT1)=Ea/R·(1/T1-1/T2) ∴Ea=Rln(kT2/kT1)/[T1T2/(T2-T1)]

=8.314×ln（7.84/6.02）/[298×308÷(308－298)]J/mol =20.16kJ/mol

分析：31.4℃时速率常数符合文献参考值，说明乙酸乙酯混合比较充分，电导率能较好地反应其反应速率，37.4℃时，实验过程中加入乙酸乙酯后混合得并不充分就开始测定，且有部分溶液露在恒温水面之上，温度并没有37.4℃。同时，接触式温度计恒温效果不理想，温度有波动，对实验结果都有影响。由于电导率仪处于主要是乙酸乙酯的环境氛围内，所以测定

?0??t的κt偏小，而t值偏大，则作图所得斜率偏小。

活化能与参考值相差甚远，但即使两k值取文献参考值计算仍得不到文献Ea值。

本实验要在恒温的条件下进行，而且温度恒定，是实验成功与否的关键之一，但是，由于实验室的仪器限制，恒温水槽的恒温效果很不理想，因此影响了反应电导率的测定，使得实验的结果有所偏差。而且实验使用的乙酸乙酯要求临时配置，配置时动作要迅速，以减少挥发损失。但出于时间的考虑，乙酸乙酯采用预先配置好的样品，因此对实验结果有一定的影响。 【思考题】

①为何本实验要在恒温条件进行，而CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前还要预先恒温？ 答：因为反应速率k受温度的影响大，（kT+10）/kT=2~4，若反应过程中温度变化比较大，则测定的结果产生的误差较大；反应物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反应的时候是相同温度的，防止两者温差带来温度的变化影响测定结果。

②为什么CH3COOC2H5和NaOH起始浓度必须相同，如果不同，试问怎样计算k值？如何从实验结果来验证乙酸乙酯反应为二级反应？

答：因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，为了简化计算，采用反应物起始浓度相同。如果不同，则k=1/t(a-b)·ln[b(a-x)/a(b-x)]。选择不同浓度的CH3COOC2H5和NaOH溶液，测定不同浓度的反应物在相同反应条件下的反应速率。 ③有人提出采用pH法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，此法可行吗？为什么？

答：可以。根据所查阅的文献可得，pH法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数所测得的结果k值与文献值相吻合，表明pH法是可行的。当乙酸乙酯的浓度大于氢氧化钠浓度即(b <a) 时, 用电导率表示的乙酸乙酯皂化反应动力学方程为：

从式中可看出, b 为CH3COOC2H5 的初始浓度, b - a 为反应完全时体系剩余的CH3COOC2H5的浓度, 由于CH3COOC2H5极易挥发, 准确称之比较困难, 而剩余的CH3COOC2H5 要想蒸馏回收, 易引起很大的误差。因此, 只有NaOH的初始浓度a 略大于CH3COOC2H5初始浓度b 的情况下, 才可以使实验方法简化, 同时也减小了实验过程中的误差。

综上所述, 用上述实验方法测定乙酸乙酯皂化反应实验中勿需知道准确的乙酸乙酯初始浓度, 只要使其初始浓度略低于准确的氢氧化钠初始浓度, 皂化反应完全后, 用酸度计测定体系中剩余氢氧化钠的浓度, 然后就可以进行数据处理。本方法简化实验步骤, 操作简单, 使测量结果更准确。

（1）查物理化学常用数据表，乙酸乙酯的皂化反应的速率常数与温度的关系：lgk=-1780/T+0.00754T+4.53 [k的单位为L/(mol·min)]

①当T=300.95K(即t=27.8℃)时，将T代入上述关系式，则有 lgk1(理论)= -1780/300.95+0.00754*300.95+4.53 k1（理论）=7.67 L/(mol·min) 实验测得k1=8.1896L/(mol·

min)

篇二：乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

物理化学实验报告

序号： 学生姓名：学号：学院：班级：10专业：指导老师：实验名称：实验日期：实验室： 7507 同组者：

化学化工学院 级 制药班 制药工程

乙酸乙酯皂化反应速率常数测定 2012年5月16日

乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

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，并计算该反应的会活化能。

3. 学会使用电导率仪和恒温水浴。

二、实验原理

乙酸乙酯皂化反应是一个二级反应，其反应方程式为： CH3COOC2H5 + Na+ + OH- → CH3COO- + Na+ + C2H5OH 乙酸乙酯与氢氧化钠起始浓度相同，均为C0时，反应速率：

式中：Cx为时间t时产物浓度；k为反应速率常数。 将上式积分得：

k=

Cx1

tC0C0?CXdCx

?k(C0-Cx)2dt

以对t作图，得一直线，直线斜率m=c0k，便可求出k

值。

乙酸乙酯皂化反应中，参加导电的离子有OH-、Na+和CH3COO-，反应体系是很稀的水溶液，可认为CH3COONa全部电离。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。

则有：

Kt=

1K0?Kt

+K?

C0Kt

Cx

C0?CX

K0?Kt

以Kt对t作图，得一直线，由斜率可求出反应速率常数k

值。

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。

三、仪器和试剂

ZHFY-I乙酸乙酯皂化反应测量装置1台；恒温混合器1支；停表1块；恒温水浴1套；移液管(10ml)1支。

NaOH水溶液(0.02mol/L)；乙酸乙酯水溶液(0.02mol/L)。

四、实验步骤

1. 打开乙酸乙酯皂化反应测量装置，预热15min，校正测量装置。 2. 调节恒温槽温度至25℃。

3. 25℃溶液起始电导率K0的测定：

洗净恒温混合器，用移液管移取10ml 0.02mol/LNaOH水溶液从A口装入混合器，再用移液管移取10ml水从B口装入混合器，将混合器中溶液混合，恒温槽恒温10min，插入电极，测定溶液电导率，直至不变为止，即为25℃下的K0。测完盖好保存，备用测定35℃下电导率K0。

4. 25℃反应时电导率Kt的测定：

洗净恒温混合器，用移液管移取10ml 0.02mol/LNaOH水溶液从A口装入混合器，再用移液管移取10ml 0.02mol/L乙酸乙酯水溶液从B口装入混合器，于恒温槽恒温一段时间后，将A、B管中液体均匀混合，按下停表计时，并放入恒温水浴中恒温同时将电极插入管中测量其电导率Kt。

5. 测量35℃时的K0和Kt。方法同步骤3、4 。 6. 实验结束，关闭电源，取出电极，用水洗净。

五、数据处理与记录 1. 实验数据记录

室温： 22℃ 大气压： 100.86KPaK0(25℃)： K0(35℃)：

2. 将t，Kt数据列表。

25℃ t(min) Kt(ms/cm) t(min) Kt(ms/cm)

t(min) Kt(ms/cm) t(min) Kt(ms/cm)

6 1.650 30 1.188

9 1.550 35 1.144

12 1.468 40 1.107

15 1.400 50 1.050

20 1.311 60 1.008

25 1.242

4 1.770 18 1.345

6 1.652 21 1.311

8 1.584 24 1.271

10 1.518 27 1.234

12 1.460 30 1.203

16 1.395

3. 以两个温度下的Kt对(K0-Kt)/t作图，分别得一直线，由直线斜率

计算反应速率常数和半衰期。

Kt(ms*cm) 1.650 (K0-Kt)/t

0.0675

(ms*cm-1*min-1) Kt(ms*cm-1) 1.188 (K0-Kt

)/t

0.0289

(ms*cm-1*min-1)

1.550 0.0561 1.144 0.0260

1.468 0.0489 1.107 0.0237

1.400 0.0437 1.050 0.0201

1.311 0.0372 1.008 0.0175

1.242 0.0325

Linear Regression for Data1_B: Y = A + B * X

Parameter Value Error

----------------------------------------------- A 0.80054 0.01703 B 13.21078 0.43022

-----------------------------------------------

R SD N P

---------------------------------------------- 0.99526 0.02164 11 <0.0001 ----------------------------------------------

Kt=

即 Kt = 13.21078 (K0-Kt)/t + 0.80054

由直线斜率计算反应常数K和半衰期： 由 k=1/C0K 得

25℃时，反应常数： K=7.57 L*mol-1*min-1半衰期： t1/2=1/KC0=13.21 min 35℃

Kt(ms*cm-1) 1.770 (K0-Kt)/t

0.1105

-1-1Kt(ms*cm) 1.345 (K0-Kt)/t

0.0482

(ms*cm-1*min-1)

1.652 0.0933 1.311 0.0429

1.584 0.0758 1.271 0.0392

1.518 0.0694 1.234 0.0362

1.460 0.0627 1.203

0.0336

1.395 0.0511

1K0?Kt

+K?

C0Kt

篇三：乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

乙酸乙酯皂化反应速度常数的测定

一. 实验目的

1． 用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速度常数和活化能。

2． 通过实验了解二级反应的特点，学习二级反应动力学参数的求解方法。

3． 掌握测量原理，并熟悉电导率仪的使用。

二. 实验原理:

乙酸乙酯皂化反应是二级反应，反应式为：

CH3COOC2H5+OH-=CH3COO-+C2H5OH

设时间t时生成物的浓度为x，则反应动力学方程式为

其中k为反应速度常数。

当a=b时，dx=k(ax)(bx) （1） dtdx=k(ax)2

dt（2）

积分得

（3）

由实验测得不同t时的x值则可算出不同t时的k值，若k为常数，则证明是二级反应。 通常，以x/(a-x)~t作图，若所得为直线，证明为二级反应，并可从直线斜率求出k。 可由电导法测定不同t时的x值。根据：

对于稀溶液，强电解质的电导率κ与其浓度成正比，溶液的总电导率等于组成溶液的电解质的电导率之和。

在本实验反应物中只有NaOH是强电解质，生成物只有CH3COONa是强电解质，而氢氧根离子的电导率比乙酸根的电导率大得多，因此，随着反应的进行，氢氧根离子的浓度不断减小，溶液的电导率也就随之下降。 假设A1、A2分别为OH-和CH3COO-的浓度和电导关系的比例常数，那么有以下关系式： κ0=A1a (4) κ∞=A2a (5) κt=A1(a-x)+ A2x(6)

从（4）-（6）式可以推导得到

x=a(κ0-κt)/ (κ∞-κt) (7)

(7)式代入（3）中得：

(其中（8） κ0，κt，κ∞表示反应时间为0，t，∞)。

以κt对(κ0-κt)/t作图，应得一直线，从斜率可以求得k。

根据阿伦尼乌斯方程从两个温度T1，T2下的反应速度常数，可求得反应的表观活化能Ea。

（8）

三. 实验仪器与药品:

仪器: DDS—11A型电导率仪一台；无纸记录仪一台；恒温水浴一套；DJS—1型电导电极一只；双管反应器两个大试管一个；100毫升容量瓶一个；20毫升移液管三支；0.5毫升刻度移液管一支。

药品: 0.0200M NaOH溶液；分析纯乙酸乙酯；新鲜去离子水或蒸馏水。

四. 实验步骤:

1) 熟悉电导率仪的使用。调节表头零点，将“校正、测量”开关打到校正位置，打开电

源，预热数分钟，将电极常数调节旋纽调节到配套电极的相应位置，将“高周、低周”开关打到高周，仪表稳定后，旋动调整旋纽，使指针满刻度，然后将“校正、测量”开关打到测量位置，选择合适的量程，即可用来测定溶液的电导率。

2) 制成0.0200M乙酸乙酯溶液。将0.20毫升（根据计算结果确定）乙酸乙酯稀释至

100毫升。注意容量瓶中预先加入60-70毫升的去离子水，再用移液管将乙酸乙酯加入其中并稀释至刻度。

3) 恒温水浴调至300C，将洁净干燥的双管反应器置于恒温水浴中，将20ml 0.0200M

乙酸乙酯溶液加入粗管，洗并擦净电极放入粗管。

4) 将20ml 0.0200M NaOH 溶液放入细管管，恒温10分钟，记录仪开始记录。

5) 用吸耳球通过细管塞子上的小管迅速抽压两次将溶液迅速混合，25分钟后停止记

录，保存数据，在计算机上从相应的曲线上读取10~15个点。

6) 重复以上步骤，测定35℃时的κt。

7) 注意每次测完后都要马上洗净双管反应器去烘干以备下一步反应。电极每次用完后

都要洗净擦干。

五. 数据记录及处理:

1． 将记录曲线外推到t=0时，求得κ0值。

从表1、表2可见，30oC, κ0=6.92；35oC, κ0=7.41。

2． 在记录曲线上选取10~15个点，以κt对(κ0-κt)/t作图，由所得直线的斜率求k。

o

图1. κt~(κ0-κt)/t图

3． 由30.00C与35.00C两个温度下所测的k值求表观活化能

No

1

2 T 303.15 308.15 k（L mol Sec-1） 0.1224 0.1594 Ea(kJ/mol) 41.0

文献值： Ea= 45.1 k J/mol

25.00C k=6.47（L mol-1 min-1）=0.1078（L mol-1 Sec-1）

胡英主编，物理化学（上），高等教育出版社，1999年， p316

六. 思考题

1. 为什么乙酸乙酯与氢氧化钠溶液必须足够稀？

因为在稀溶液中，每种强电解质的电导率，与其浓度成正比，所以可以用测电导率的方法来测定反应过程中反应物浓度的变化。

2. 被测溶液的电导主要是哪些离子的贡献？

被测溶液的电导主要是钠离子、氢氧根离子和乙酸根作的贡献。

3. 为什么用洗耳球压溶液混合要反复两次，而且动作要迅速？

实验要求反应液要混合均匀，因此要反复地压两次来使溶液混合均匀。动作迅速是为了避免记时的误差。

4. 为什么可以用记录纸的格子数代替电导率计算反应速度常数？

由于电导率的大小与实验中的记录仪的格子数目成正比，且x=a(κ0-κt)/ (κ∞-κt), 即转化率值与电导率的单位无关，因此可以用记录仪的格子数来代替电导率仪的读数。

5. 反应溶液在空气中放置时间太长对结果有什么影响？

会影响反应物初始浓度的准确性。若乙酸乙酯溶液在空气中放置时间太长会使乙酸乙酯挥发，另外氢氧化钠溶液则有可能吸收空气中的二氧化碳而变质。

6. 要确定κ∞可采用哪些方法？

由公式（8）可知，由κt对(κ0-κt)/t作图得到一条直线，截距为κ∞。

测定相同浓度醋酸钠的电导率。

测定乙酸乙酯和氢氧化钠长时间反应后的电导率值。

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