实验九_乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定

物 理 化 学 实 验 报 告 实  验  名  称：    乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定  学          院：          化学工程学院              专          业：          化学工程与工艺            班          级：          化工12-4班                姓          名：              王佳琦                学          号:            12402010411              指  导  教  师：            付志强/赵力维            日          期：          2014年05月24日          一、实验目的 1、了解用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率系数和活化能。 2、了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应的速率系数。 3、掌握电导率仪的使用方法。 二、实验原理 1、二级反应的动力学方程 A + B→产物 t=0      a  a t=t    a-x  a-x -dcA/dt = -d(a-x)/dt = dx/dt = k(a-x) 2 定积分得：k=x/[ta(a-x)]                                            以x/(a-x)~t作图若所得为直线，证明是二级反应，并从直线的斜率求k。 如果知道不同温度下的速率常数k(T1)和k(T2)，按阿仑乌斯方程计算出该反应的活化能Ea。Ea=ln k(T2)/ k(T1)*R[T1 T2 / (T2 -T1 )]                          2、乙酸乙酯皂化反应是二级反应，反应式： CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH t=0          a        a       0        0 t=t        a-x        a-x      x         x t=∞        0        0      a         a 反应前后CH3COOC2H5和C2H5OH对电导率的影响不大，可忽略，故反应前只考虑NaOH的电大率κ，反应后只考虑CH3COONa的电导率κ。对稀溶液而言，强电解质的电导率κ与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成该溶液的电解质电导率之和。有以下关系： κ0=A1*a          κ∞=A2*a      κt= A1*（a-x）+ A2*x 由上三式得：x=[(κ0-κt)/(κ0-κ∞)]*a， 将其代入得：k=[(κ0-κt)/(κ0-κ∞)ta] 重新排列得：κt =(κ0-κt)/kta+κ∞ 因此，以κt ~(κ0-κt)/t作图为一直线即为二级反应，并从直线的斜率求出κ。由不同温度下测得的速率常数k(T1)和k(T2)，计算出该反应的活化能Ea。 三、实验仪器、试剂 仪器：数学电导率仪（附电极）1台，恒温水槽1套，秒表1只。叉形电导管2只，移液管（10ml，胖肚）3根 试剂：乙酸乙酯 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 溶液（0.02120mol/dm3）,NaOH标准溶液（0.02120mol/dm3）。 四、实验步骤 1、调节恒温槽： 调节恒温槽温度25℃。同时电导率仪提前打开预热。 2、κ0的测定： 分别取10ml蒸馏水和10ml NaOH标准溶液加到洁净。干燥的叉形管仲裁充分混匀，置于恒温槽中恒温5min。用数学电导率仪测定已恒温好的NaOH标准溶液的电导率κ0 3、κt的测定： 在另一支叉形管10ml CH3COOC2H5标准溶液，侧支管中加10mlNaOH标准溶液。恒温5min后，混合量溶液，同时开启秒表，记录反应时间(注意秒表一经打开切勿按停，直至全部实验结束)，并把电导电极插入直支管。当反应进行6min，9min，12min，15min，20min，25min，30min，35min，40min时各测电导率一次，记录电导率κt及时间t。 4、调节恒温槽温度35℃，重复上述步骤测定其κ0和κt，但在测定κt时是按反应进行4min，6 min，8min，10 min，12min，15 min，18min,21 min，24 min，27 min，30 min时测其电导率。 五、数据记录与处理 室温：27 ℃                            大气压：100.85kPa  初始浓度：C CH3COOC2H5= 0.01035 mol/dm3    C NaOH= 0.01035 mol/dm3 ⑴ 25℃时，电导率随时间的变化（25℃，κ0=  2410  μS·cm-1） t/min 6 9 12 15 20 25 30 35 40 κt/μS·cm-1 1967 1840 1740 1660 1557 1479 1418 1369 1329 (κ0-κt)/t/ μS·cm-1·min-1 73.83 63.33 55.83 50.00 42.65 37.24 33.07 29.74 27.03                     由图得：该直线斜率k=13.76，则k(T1)=1/( k1×CCH3COOC2H5 )=1÷(13.76×0.01035)=7.02 ⑵35℃时，电导率随时间的变化（35℃，κ0=  2780  μS/cm） t/min 4 6 8 10 12 15 18 21 24 27 30 κt/μS·cm-1 2280 2130 1989 1900 1825 1740 1672 1620 1577 1542 1513 (κ0-κt)/t/ μS·cm-1·min-1 125.0 108.3 98.88 88.00 79.58 69.33 61.56 55.24 50.13 45.85 42.23                         由图得：该直线斜率k=9.18，则1÷(9.18×0.01035）=10.52 (3)活化能的计算： Ea=ln( k(T2)/ k(T1)) ×R T1 T2 / （T2- T1） =ln(10.52÷7.02) ×8.314 ×298.15 ×308.15÷10 =30.90 kJ/mol 六、结果与讨论 注意事项： 1、所用NaOH溶液和CH3COOC2H5溶液浓度必须相等。  2、由于CH3COOC2H5易挥发，故称量时应在称量瓶中准确称取，且动作要迅速。  3、由于CH3COOC2H5在稀溶液中能缓慢水解，会影响CH3COOC2H5的浓度，且水解产物CH3COOH又会消耗NaOH。所以CH3COOC2H5水溶液应在使用时临时配制。 4、在测定 κ0时，所用的蒸馏水最好先煮沸，以除去CO2；25℃和35℃的 κ0测定中，溶液需更换。 5、测κt时，叉形管中的NaOH溶液与CH3COOC2H5溶液必须在叉型管中的侧、直支管间多次来回反复混合，以确保混合均匀。 可能产生误差的原因有：  (1)CH3COOC2H5和NaOH溶液不是新鲜配制的，浓度可能发生变化而导致误差。 (2) 由于空气中的CO2会溶入电导水和配制的NaOH溶液中，使溶液浓度发生改变，从而导致测得的实验数据有误差 。 (3)实验计时不准确、仪器灵敏度下降或仪器示数不稳定时读数也可造成误差。 七、思考题 1.为何本实验要在恒温条件进行，而且Na0H和CH3COOC2H5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.如果NaOH和CH3COOC2H5溶液的起始浓度不同，试问怎应样计算k值？ 答：k=1/t(a-b)·ln[b(a-x)/a(b-x)]。选择不同浓度的NaOH溶液和CH3COOC2H5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.如果NaOH和CH3COOC2H5溶液均为浓溶液，能否用此法求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。