电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

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电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数

一、实验目的

1.了解二级反应的特点，学会用图解计算法求取二级反应的速率常数； 2.用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数，了解反应活化能的测定方法。 二、实验原理

乙酸乙酯皂化是一个二级反应，其反应式为：

在反应过程中，各物质的浓度随时间而变。某一时刻的OH-离子浓度可用标准酸进行滴定求得，也可通过测定溶液的某些物理性质而得到。用电导仪测定溶液的电导值G随时间的变化关系，可以监测反应进程，进而可求算反应的速率常数。二级反应的速率与反应物的浓度有关。若反应物CH3COOC2H5和NaOH的初始浓度相同（均设为c），设反应时间为t时，反应所产生的CH3COO-和C2H5OH的浓度为x，若逆反应可忽略，则反映物和产物的浓度时间的关系为：

上述二级反应的速率方程可表示为：dx/dt=k(c-x)(c-x) （1） 积分得：kt=x/c(c-x) （2）

显然，只要测出反应进程中任意时刻t时的x值，再将已知浓度c代入上式，即可得到反应的速率常数k值。

因反应物是稀水溶液，故可假定全部电离。则溶液中参与导电的离子有Na+、OH-和CH3COOH等，Na+在反应前后浓度不变，OH-的迁移率比的大得多。随着反应时间的增加，OH-不断减少，而CH3COO-不断增加，所以体系的电导值不断下降。在一定范围内，可以认为体系电导值的减少量与CH3COONa的浓度x的增加量成正比，即： t=t时， x=β(G0-Gt) （3）

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t=∞时，c=β(G0-G∞) （4）

式中G0和Gt分别是溶液起始和t时的电导值,，G∞为反应终了时的电导值，β是比例系数。将(3)、(4)代入(2)得：

kt=β(G0-Gt)/cβ[(G0-G∞)- (G0-Gt)]= (G0-Gt)/c (Gt-G∞) （5） 或写成 (G0-Gt)/ (Gt-G∞) = ckt （6）

从（6）式可知，只要测出G0、G∞和一组Gt值，由(G0—G∞)/(Gt—G∞)对t作图，应得一直线，从其斜率即可求得速率常数k值。 三、实验仪器与试剂

数字电导仪 停表

恒温水浴 移液管(10 mL)

双管电导池 铂黑电极 1支 洗耳球 1个 NaOH(0.0200、0.0400 mol/L) CH3COONa(0.0200 mol/L) CH3COOC2H5（0.0400 mol/L) 四、实验步骤

1.开启恒温水浴电源，将温度调至所需值25℃。开启电导率仪的热源预热。本实验用试管作电导池。 2.配制溶液

分别配制0.0200mol/LNaOH、0.0400mol/LNaOH、0.0200mol/LCH3COONa、0.0400mol/L CH3COOC2H5各50mL。 3.G0的测定

（1）洗净烧杯并烘干，倒入适量0.0200 mol/LNaOH溶液（以能浸没铂黑电极并高出1cm为宜）。

（2）用电导水洗涤铂黑电极，再用0.0200 mol/LNaOH溶液淋洗，然后置入烧杯。 （3）将安好的烧杯置于已恒温的水浴中恒温10min。

（4）测量溶液的电导(率)值，每隔2 min测量一次，共3次，取其平均值。 4.G∞的测定

实验测定过程不可能进行到t=∞，且反应也并不完全可逆,故通常以0.0200 mol/L的CH3COONa溶液的电导(率)值作为G∞，测量方法与G0的测量方法相同。但必须注意，每次更换测量溶液时，须用电导水淋洗电极和试管，再用被测溶液淋洗3次。 5.Gt的测定

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（1）电导池和电极的处理方法与上述相同，装后置烧杯中。

（2）用移液管量准确取10 mL 0.0400 mol/LNaOH溶液放入洗净并干燥的烧杯，用另一支移液管吸取10 mL 0.0400 mol/L CH3COOC2H5溶液注入烧杯中，均置于恒温水浴中恒温10分钟。

（3）将CH3COOC2H5溶液快速倒入烧杯中，溶液倒入一半时，开始记时，并继续倒完，使溶液混合均匀，并立即测量溶液的电导（率）值。注意不要使溶液逸出。

（4）每隔2 min测量一次，测15次，再每隔5分钟测一次，测4次，直至电导(率)值基本不变为止，共19个数据。除记录第一个数据的外，其它各数据在测量时，应该尽量保持在整数分钟时测定，以便于进行数据处理。整个反应约需时45 min～1 h。 （5）反应结束后，倒掉反应液，洗净烧杯和电导电极。 五、实验数据记录及处理 1.数据记录及计算

表1 G0和G∞的测定

项目 G0×103（μs/cm） G∞×1031 2.75 0.97 2 2.75 0.94 表2 Gt的测定

3 2.45 0.95 平均值 2.65 0.95 （μs/cm） 次数 1 2 3 4 时间（t/min） 2 4 6 8 3.04 2.88 2.75 2. Gt/(μs/cm ) (G0-Gt)/ (Gt-G∞) -0.1866 -0.1192 -0.0556 0.0059 5

5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2、数据处理

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 35 40 45 50 2. 2.45 2.38 2.31 2.25 2.20 2.15 2.10 2.06 2.02 1.99 1.92 1.85 1.80 1.75 0.0692 0.1333 0.1888 0.2500 0.3077 0.3600 0.4167 0.4783 0.5315 0.5888 0.6346 0.7526 0.88 1.0000 1.1250 6

经线性拟合，得反应速率常数k为0.02733 min-1·mol-1·L。 六、思考题

1．为何本实验要在恒温条件下进行，而且CH3COOC2H5和NaOH溶液在混合前要预先恒温？ 答：温度对反应速率常数k影响很大，故反应过程应在恒温条件下进行。

2．反应分子数与反应级数是两个完全不同的概念，反应级数只能通过实验来确定。试问如何从实验结果来验证乙酸乙酯反应为二级反应？

答：选择不同的乙酸乙酯浓度和氢氧化钠浓度，测定不同浓度的反应物在相同反应条件下的反应速率。

3．乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，试问在实验过程中如何处置这一影响而使实验得到较好的结果？

答：在恒温水浴中进行，并尽量采用稀溶液已控制反应速率，并不断搅拌。

4．如果CH3COOC2H5和NaOH溶液均为浓溶液，试问能否用此方法求得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。

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