乙酸乙酯皂化反应

乙酸乙酯的皂化反应测定反应速率常数

北京航空航天大学 化学系

摘要：本实验通过溶液电导率与溶质浓度、反应速率常数之间的定量关系，用测定电导率的方法测定了不同温度下乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数，并将测得的数值与表中数值比较，验证了乙酸乙酯的皂化反应为二级反应。 关键词：乙酸乙酯、皂化反应、电导率测定、反应速率常数

1.引言

化学动力学也称反应动力学、化学反应动力学，是物理化学的一个分支，是研究化学过程进行的速率和反应机理的物理化学分支学科。它的研究对象是性质随时间而变化的非平衡的动态体系。

20世纪前半叶，大量的研究工作都是对化学反应中参数的测定、理论分析以及利用参数来研究反应机理。但是，反应机理的确认主要依赖于检出和分析反应中间物的能力。20世纪后期，自由基链式反应动力学研究的普遍开展，给化学动力学带来两个发展趋向：一是对元反应动力学的广泛研究；二是迫切要求建立检测活性中间物的方法，这个要求和电子学、激光技术的发展促进了快速反应动力学的发展。对暂态活性中间物检测的时间分辨率已从50年代的毫秒级提高到皮秒级。

而我们所做的实验则是重复了20世纪前半叶的化学家们所做的工作，确定了乙酸乙酯皂化反应的反应级数与反应速率常数。

2.原理部分

乙酸乙酯的皂化反应是一个典型的二级反应：

325325CH COOC H OH CH COO C H OH --+−−→+

设在时间t 时生成浓度为x ，则该反应的动力学方程式为

()()dx

k a x b x dt

-

=-- （1） 式中，a ，b 分别为乙酸乙酯和碱的起始浓度，k 为反应速率常数，若a=b,则（1）式变为

2()dx

k a x dt

=- （2） 积分上式得： 1()

x

k t a a x =⨯- （3）

由实验测的不同t 时的x 值，则可根据式（3）计算出不同t 时的k 值。如果k 值为常数，就可证明反应是二级的。通常是作

()

x

a x -对t 图，如果所的是直线，也可证明反应是二级

反应，并可从直线的斜率求出k 值。

不同时间下生成物的浓度可用化学分析法测定，也可用物理化学分析法测定。本实验用电导法测定x 值，测定的根据是：

（1）

溶液中OH -离子的电导率比离子（即3CH COO -）的电导率要大很多。因此，随着反应的进行，OH -离子的浓度不断降低，溶液的电导率就随着下降。

（2）

在稀溶液中，每种强电解质的电导率与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成溶液的电解质的电导率之和。

依据上述两点，对乙酸乙酯皂化反应来说，反映物和生成物只有NaOH 和NaAc 是

强电解质，乙酸乙酯和乙醇不具有明显的导电性，它们的浓度变化不至于影响电导率的数值。如果是在稀溶液下进行反应，则

01A a κ= 2A a κ∞=

12()t A a x A x κ=-+

式中：1A ，2A 是与温度、溶剂、电解质NaOH 和NaAc 的性质有关的比例常数；

0κ，κ∞分别为反应开始和终了是溶液的总电导率；t κ为时间t 时溶液的总电导率。由此三

式可以得到：

00(

)t

x a κκκκ∞

-=- （4）

若乙酸乙酯与NaOH 的起始浓度相等，将（8-4）式代入（8-3）式得：

01t

t k ta κκκκ∞

-=

⨯

- （8） 由上式变换为：

0t

t kat

κκκκ∞-=

+ （6）

作0~

t

t t

κκκ-图，由直线的斜率可求k 值，即

1m ka =

，1k ma

= 由（3）式可知，本反应的半衰期为：

1/21

t ka

=

（7）

可见，两反应物起始浓度相同的二级反应，其半衰期1/2t 与起始浓度成反比，由（7）式可知，此处1/2t 亦即作图所得直线之斜率。

若由实验求得两个不同温度下的速度常数k ，则可利用公式（8）计算出反应的活化能

a E 。

211211ln

a E k k R T T ⎛⎫=- ⎪⎝⎭

（8） 则以lnk 对1/T 作图应得一直线，其斜率即为E a /R ，由此可算出活化能。

3.实验部分

3.1仪器药品

恒温槽1套；

移液管（25mL ）2支； DDS-12A 型电导仪1套； 夹层皂化管1支； 烧杯（250mL ）1支； 0.021mol L NaOH -⋅溶液； 停表1块；

0.021325mol L CH COOC H -⋅溶液； 容量瓶（50mL ）1支； 0.011mol L NaOH -⋅溶液； 容量瓶（100mL ）1支； 0.0113mol L CH COONa -⋅溶液。

3.2实验步骤

1．准确配制0.021mol L -⋅的NaOH 溶液和325CH COOC H 溶液。调节恒温槽温度至25℃，调试好电导仪。将电导池（如图8-1）及0.021mol L -⋅的NaOH 溶液和325CH COOC H 溶液浸入恒温槽中恒温待用。

2．分别取适量0.011mol L -⋅的NaOH 溶液和3CH COONa 溶液注入干燥的比色管中，插入电极，溶液面必须浸没铂黑电极，置于恒温槽中恒温15分钟，待其恒温后测其电导，分别为0G 和G ∞值，记下数据。

3．取20mL 0.021mol L -⋅的325CH COOC H 溶液和20mL 0.021mol L -⋅的NaOH 溶液，分别注入双叉管的两个叉管中（注意勿使二溶液混合），插入电极并置于恒温槽中恒温10