实验十二级反应乙酸乙酯皂化反应

一、实验目的

1.了解二级反应的特点。

2.掌握电导率法测定反应速率常数和活化能。二、实验原理

乙酸乙酯与碱的反应称为皂化反应，它是一个典型的二级反应。其反应式为：

325325CH COOC H NaOH CH COONa C H OH +→+

当两种反应物初始浓度相同时

0t =， 0C 0C 0 0

t t =， 0C x - 0C x - x x

t =∞， 0 0 0C 0C

设：两种反应物的起始浓度均为C 0，在时间t 时生成物的浓度为x ，则反应速率方程为：

20()dx

k C x dt

=- (1)

式中：k 为速率常数；t 为时间。将(1)式积分得： 00()

k tC C x =

- (2)

若以

00()

C C x -对t 作图，可得一直线，由直线的斜率可求速率常数k 。但由

于难以测定t 时刻的x 值，故本实验采用电导率法测定皂化反应过程中的电导率。由电导率随时间的变化规律来代替浓度的变化。这主要是因为，随着皂化反应的进行，溶液中电导能力强的OH －离子逐渐被导电能力弱的Ac －离子所取代。使溶液的电导率逐渐减小，溶液中CH 3COOC 2H 5和C 2H 5OH 的导电能力都很小，可以忽略不计。因此，溶液电导率的变化是和反应物浓度变化相对应的。

在电解质稀溶液中，可近似认为电导率κ与浓度C 有如下的正比关系，并且溶液的电导率等于各电解质离子电导之和

m C κ=Λ

上式中Λm 为摩尔电导率，Λm 在恒定温度的稀溶液中，可近似看作为一常数，于是可写成κ=fC ：

设：0t =，溶液的电导率 0κ t t =，溶液的电导率 t κ

t =∞，溶液的电导率 κ∞ 有：00OH f C κ-=?, 0AC f C κ-∞=?

0()T OH AC f C x f x κ-

=?-+?

0()t OH AC f f x κκ--∴-=- (3)

0()()t OH AC f f C x κκ-

∞-=-- (4)

将(3)和(4)代入方式(2)得： 001t

t k tC κκκκ∞

?- (5) 001

()t t kC t

κκκκ∞=

-+ (6) 以t κ对

0()t t

κκ-作图可得一直线，其斜率为01

kC ，由此可得出反应速率常数

k 。

由于2

121

11ln

()E k k R T T α=-- (7) 可测出两种温度T 1,T 2的k 1和k 2值，由(7)式计算出E α。

三、仪器和药品

恒温槽一套；电导仪一台；电导电极一支；

微量进液器一支；乙酸乙酯；0.01mol ·dm -3NaOH 溶液。四、实验步骤

1.调节恒温槽水温为25℃(±1℃)。

2.测定初始电导率κ0。

由于乙酸乙酯的电导率可以忽略不计，故反应开始时，体系的电导率为NaOH 的电导率，测定NaOH 溶液的电导率作为κ0。本实验要求NaOH 和乙酸乙酯进行等摩尔反应，乙酸乙酯的量为0.04ml ，根据下式计算出NaOH 的体积

1000

V V M C ρ?=

酯碱碱酯碱

(ml )

式中：ρ酯 —室温下乙酸乙酯的密度 [g ·cm -3]

V 碱—乙酸乙酯的体积 [ml ]

M 酯—乙酸乙酯的摩尔质量 [g ·mol -1] C 碱—NaOH 溶液的摩尔浓度 [mol ·dm -3]

取NaOH 溶液V 碱ml 加入电导瓶中，放进恒温槽恒温，并插入电极，测定其电导率，待读数稳定后可视为κ0值。

3.测定κt

用微量进液器取乙酸乙酯0.04ml，迅速加入到电导瓶中，记时并摇动，每隔2min读一次电导率值，20分钟后结束。

4.调节恒温槽温度为35℃(±1℃)，用同样方法测定另一组皂化反应数据。

五、数据记录与处理

1.以κt对t作图，将曲线外推至0

t=，求κ0。

2.以κ0对(κ0－κt)/t作图，求k值。

3.以不同反应温度的值代入公式(7)计算反应活化能。

(

六、思考题

1.本实验为何可用测定反应液的电导率变化来代替浓度变化？有什么条件？

2.被测溶液的电导率是哪些离子的贡献，反应过程中电导率为何发生变化？

3.如果两种反应物的初始浓度不相等，应如何计算k值？

4.外推κ0，与实测κ0是否相同？