实验8 乙酸乙酯皂化反应动力学研究

的浓度不断增加，故体系电导率值会不断下降，在一定范围内，可以认为体系 的电导率的减少量和 CH3COO-的浓度 增加量成正比，在 = t时
=( −) 式中 为起始时的电导率， 为t时的电导率。当 = 时反应终了 CH3COO-的
浓度为 ，即
=( − )
式中 即反应终了时的电导率， 为比例常数，将上式代入积分式得
2.30℃测量数据及处理：
由于没有测 的数值，所以采用公式
− =−
3 0.0322 27.56 5.73
将 对 进行拟合，得到的斜率就是 。
对 30℃下测量数据进行处理，作图得到（所有图横坐标单位为μS · cm ， 纵坐标为μS · cm · min ）
图 1 30℃下原始 − 图
取左侧部分直线拟合：
图 2 30℃下线性拟合图
方程为 = 0.04811 − 25.52，拟合度 0.99952，则 = 0.04811min ，而 = 5.55mM，所以 = 8.668L · mol · min 。 3.35℃测量数据及处理： 对 35℃下测量数据进行处理，作图得到
图 3 35℃下原始 − 图
取左侧部分直线拟合：
图 4 35℃下线性拟合图
方程为 = 0.07393 − 47.01，拟合度 0.99986，则 = 0.07393min ，而
= 5.55mM，所以 = 13.32L · mol · min 。
下面计算活化能。由公式 11
ln = ( − )
代入两活化能和温度值有
13.32
1
1
ln
=
(
−
)
8.668 8.314J · mol · K 303.15K 308.15K
③操作方面： （1）首先滴定过程存在很大的误差，因为在滴定过程中观察到颜色变化的 位置都相差较大； （2）由于移取的乙酸乙酯的体积很小，每次并不能保证都是刚好需要的 量，可能会存在一定的误差； （3）还有在注入一半乙酸乙酯时按开始，这个操作设置本身就带有一定的 误差。 3.讨论： ①减小实验误差的方法： （1）由于反应级数近似的限制，处理数据时要取尽量多的点，而且尽量取 反应刚开始的点； （2）操作尽量迅速、仔细，另外如果能有方法将乙酸乙酯迅速混合到氢氧 化钠溶液里就可以消除注入一半时按开始这个操作带来的误差； （3）花一段时间等待体系真的达到恒温，或者使用更先进的仪器使体系可 以更快达到设定温度并更好的保证恒温状态。 ②关于本实验方法的利弊：本实验操作简单，原理明确，以机器代替人来 计时计数，省去了人工计数这部分的误差；但由于理论基础近似性和人工操作 以及仪器方面的限制，只能做一个大概粗略的估计。在软件制出的图中我发现 体系内的温度并不是想象中的与水浴温度相同，而是在缓慢上升，这样体系的 反应过程就不能保证是恒温的了，而反应动力学实验很重要的一个条件就是恒 温条件，所以其实系统误差还是存在的。 ③实验心得：本实验是接续上次实验，继续测算反应速率和活化能的反应 动力学实验。通过这个实验，我更深入地思考了反应动力学的相关知识，对于 一些概念有了更加清晰的理解。同时还复习了分析化学中滴定的相关技能。
海）有限公司 100ml/0.5ml 移液管、50ml 滴定管、250ml 锥形瓶、100ml 恒温夹套反应器 CH3COOC2H5 试剂（分析纯）、氢氧化钠、酚酞指示剂
2.操作 ①打开恒温槽使其恒温在 30℃，打开电导率仪。 ②NaOH 溶液的配制：（室温下） 用一个小烧杯配制少量的浓 NaOH 溶液，在 1000ml 的广口瓶装入约 900ml
实验八 乙酸乙酯皂化反应动力学研究
郭璟 中国科学技术大学少年班学院
合肥 230026
摘要：通过测量乙酸乙酯皂化期间的电导率变化，得到乙酸乙酯皂化的反应速 率和活化能，并仔细分析了实验方法的误差来源和利弊。 Abstract: By measuring the change of conductivity during the saponification of ethyl acetate, I obtained the reaction rate and activation energy of such a reaction, and delicately analyzed the resource of error and pros and cons of this experimental method.
结果与分析
1.实验结果
数据及处理见附录和附件。
得到 30℃下 = 8.668L · mol · min ，35℃下 = 13.32L · mol ·
min 。活化能 = 66.73kJ · mol 。
.
.
相对误差d =
× 100% = 29.65%。
.
2.误差分析 综合分析实验过程，可能存在以下误差来源： ①理论方面：本实验所进行的反应，机理比较复杂，是表观二级反应，在
对一种金属，在一定温度下， 是一定的。对电解质溶液的 不仅与温度
有关，而且与溶液中的离子浓度有关。在有多种离子存在的溶液中， 是各种
离子迁移作用的总和，它与溶液中离子的数目，离子所带电荷以及离子迁移率
有关。在本实验中，由于反应是在较稀的水溶液中进行的，我们可以假定
CH3COONa 全部电离，反应前后溶液中离子数目和离子所带电荷不变，但由于 CH3COO-的迁移率比 OH-的迁移率小，随着反应的进行，OH-不断减少，CH3COO-
的蒸馏水，将所选用实验仪器的测量电极插入水中，用电导率仪测量，电磁搅 拌条件下，逐滴加入浓浓 NaOH 溶液到 L=1300～1400μS/cm。
③NaOH 溶液的滴定：（室温下） 将配制好的 NaOH 溶液用人工手动滴定管和酚酞指示剂在室温下进行浓度 测定，重复三次以上，取平均值。
④L 的测定：（30.00℃） 完成 NaOH 浓度滴定后，使用小容量的移液管移取所需用量的乙酸乙酯， 穿过大口玻璃套，将乙酸乙酯全部放入溶液中，不要遗留在玻璃套的内壁上， 以免浓度不准。放到一半时点击开始测量，每 10s 记一个数据。 ⑤按步骤④在 35.00℃下进行测量。
参考资料
物理化学 高等教育出版社 傅献彩等著
附件：数据处理
1.NaOH 电导率稳定在 1342μS/cm。
我进行的滴定结果：
组别 邻苯二甲酸氢钾/g
NaOH 用量/ml NaOH 浓度/mM NaOH 浓度均值/mM
∴ = 5.55mM
1 0.0302 26.50 5.59
2 0.0301 27.72 5.32 5.55
各生成物的浓度均为 ，此时刻的反应速度为：
d = ( − )( − )
d
其中 为反应的速率常数，将上式积分可得：
1 (−)
=
ln
− (−)
若初始浓度 = ，微分式和积分式变为
d = (−)
d
= (−)
2.电导法测定反应速率和活化能 不同时刻各物质的浓度可用化学分析法测出，例如分析反应中的 OH-浓
一段时间后会偏离二级反应，这也是图象拟合部分虽然近似线性但是可以明显 看到弯曲的原因；
②仪器方面： （1）本实验采用的是自动测量的数字仪器，电子机械在运转工程中会受电 磁信号、温度等因素的多种干扰，难免有误差； （2）水浴恒温本身局限性比较大，实验中看到体系温度还在缓慢升温中 （大约在 27~29℃之间），并不能保证体系恒温状态； （3）在测量时会发现示数变化不均衡的现象，例如图 3 中曲线左部有一个 断点，怀疑是因为温度变化引起的电导率变化，这对结果也会造成一定影响；
积分得 11
ln = ( − )
式中 、 分别对应于温度 、 的反应速率常数， 为气体常数， 为反应的 活化能。
实验部分
1.仪器和药品 HK-2A 超级恒温水浴——南京南大万和科技有限公司 JB-1B 型磁力搅拌器——上海雷磁新泾仪器有限公司 SevenMulti pH/电导率/离子综合测试仪(S40)——梅特勒-托利多仪器（上
关键词：乙酸乙酯，皂化，二级反应，反应速率，活化能
前言
1.二级反应方程式
乙酸乙酯皂化反应方程式为：
CH3COOC2H5 + Na+ + OH-
CH3COO- + Na+ + C2H5OH
在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变（注：Na+离子在反应前后浓度
不变）。若乙酸乙酯的初始浓度为 ，氢氧化钠的初始浓度为 ，当时间为 时，
度，也可用物理法测量溶液的电导而求得。在本实验中我们采用后一种方法，
即用电导法来测定。
电导是导体导电能力的量度，金属的导电是依靠自由电子在电场中运动来
实现的，而电解质溶液的导电是正、负离子向阳极、阴极迁移的结果，电导 是
电阻 的倒数。
1 ==
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其中 为导体的截面积， 为导体的长度， 称电导率。它的物理意义是：当 = 1m， = 1m 时的电导。
可得 = 66.73kJ · mol 。
( −)
−
=
=
[( − ) − ( − )] ( − )
或写成：
− =
−
或
− =−
从上述直线方程可知，只要测定了 、 以及一组 值后，利用 对
作图，应得一直线，直线的斜率就是反应速度 和初始浓度 的乘积。 的单位 为 dm3·mol-1·min-1。
反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算： dln = d