实验十二级反应乙酸乙酯皂化反应
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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()
x
k tC C x =
- (2)
若以
00()
x
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?
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