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1、 乙酸乙酯皂化反应动力学研究 PB10。 中国科学技术大学材料科学系摘要 本实验通过测量电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数，并通过该实验进一步理解化学动力学中对于化学反应速率的研究方法，以及反应级数的一些概念和研究方法。关键词 乙酸乙酯皂化反应 电导率仪 速率常数序言一般来说，化学反应动力学研究有两个方面，化学反应速率以及化学反应机理的研究。而通常我们测量化学反应速率的方法是测量一条物质随时间的变化曲线或与物质浓度有明确关系的物理量随时间的变化曲线。在本实验中，乙酸乙酯皂化反应是一个二级反应，由于反应是在较稀的水溶液中进行的，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x增
2、加量成正比，故而我们测量溶液电导率随时间变化曲线，由式子，得到速率常数K。反应的活化能可根据阿累尼乌斯公式求算： 积分得 ，实验中我们测定两个不同温度下的K，在粗略地计算乙酸乙酯皂化反应的活化能。实验部分1、 仪器与药品Hk-2A型超级恒温水浴 南京南大万和有限公司 1套 82-2型恒温磁力搅拌器 上海司乐仪器有限公司 1台电导率仪 1台 电导池 1只0.5mL移液管 1支 100mL移液管 1支50mL的烧杯 1个 50mL滴定管 1支250mL锥形瓶 3个 秒表 1块吸耳球 1只 CH3COOC2H5试剂（分析纯）NaOH（分析纯） 酚酞指示剂溶液2、 实验过程1、打开恒温槽使其恒温在25
3、0.2。2、打开电导率仪。根据附录“电导率仪的使用”对电导率仪进行0点及满刻度校正。并认真检查所用电导电极的常数，并用旋钮调至所需的位置。3、NaOH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的蒸溜水，将所选用实验仪器的测量电极插入水中，电磁搅拌条件下，逐滴加入浓浓NaOH溶液到L=13001400S/cm4、NaOH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。5、L（或PH）的测定： 取100ml配制且滴定好的NaOH溶液置于恒温夹套反应器中，插入洗净且吸干水的测
4、量电极，恒温10分钟，等电导仪上的读数稳定后，每隔1分钟读取一次数据，测定三个平行的数据。6、L（或PH）的测定： 完成L（或PH）的测定后，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。放到一半时打开秒表计时，读数平稳变化后，尽快测量第一组数据，以后每隔1分钟读一次数，15分钟后每隔2分钟读一次数，进行到35分钟后结束。7、按步骤5、6和7在30进行测量。3、 注意事项1、NaOH溶液和乙酸乙酯混合前应预先恒温。2、清洗铂电极时不可用滤纸擦拭电极上的铂黑。3、在记录L0时，一定要等三次测量结果相差1时方可，即要等到
5、温度稳定后开始记录。4、当移液管中的乙酸乙酯留下一半后即刻开始计时，要迅速。5、实验过程中要保证恒温槽的温度变化在0.2，以免对K的测量造成影响。结果与讨论1. NaOH溶液浓度测定以及乙酸乙酯加入量的确定有三次滴定的数据可以得到NaOH溶液浓度为： C(NaOH)=5.0713*10-3mol*L-1故而应该加入的乙酸乙酯的量为 V=0.049ml2.作出（L0- Lt）/t Lt曲线，线性拟合，得到直线的斜率ak，由a=5.0713*10-3 mol*L-1，得到反应速率常数k。25时，k298K=7.7643 dm3mol-1min-130时，k303K=8.8205 dm3mol-1m
6、in-1文献报道的298K时，有一速度常数为589 dm3mol-1min-1，但不同文献值不一样，这可能是该反应存在NaOH吸收CO2和乙酸乙酯水解、挥发等原因。而实验中，所得到的数值偏大，可能原因有：1 滴定所测得NaOH浓度不准确，实验中发现溶液变色后不能稳定维持为红色。询问助教后得知变色出现滞后现象严重，所以变色有一个很长的浓度范围，因而很难得到准确值。试验中为保证三组数据平行，取第三次变色时的数据；2 实验中添加的乙酸乙酯理论上为0.049ml，实际添加了0.5ml；3 用于搅拌的磁子很小，而液体有100ml，短时间内很难搅拌均匀；4 方法上的缺陷：在导出这个公式时，我们假定CH3C
7、OO完全电离，且由于CH3COO迁移率比OH小，致使体系电导率不断下降，且在一定范围内认为体系的电导率的减少量和CH3COO浓度增加量成正比。实际实验过程中，而实际过程中CH3COO的浓度和迁移率与体系的电导率之间有着更为复杂的关系。5 其他误差：药品纯度，仪器清洁程度，实验操作中的量取和转移，滴定时空气中有CO2，恒温槽有轻微的温度波动，电导仪老化等。鉴于以上各种误差,实验时应注意：(1)为避免碳酸盐的影响，所有各种溶液都需用新煮沸过的冷却蒸馏水来配制，最好随配随用，若贮放需装碱石灰管。(2)用于配碱液的固体NaOH应至少洗涤三次以上。(3)加入脂的过程中应该避免附着在管壁上，这样也会使最后
8、乙酸乙酯的浓度偏小，加完后应立刻盖上塞子，以减少乙酸乙酯的挥发。3. 反应活化能的求解由实验中两组不同的温度数据，以及式子，可以得到乙酸乙酯皂化反应的活化能为： Ea=20.20KJ*mol-1查文献可知，该反应的活化能为22.73KJ*mol-1。可以计算出相对误差为11.13%，误差较大。原因除前面已讨论的之外，还有实验中仅用了两组温度数据，没有其他多组数据可以比较误差，所以可以通过在每个温度时多次测量k或是增加温度测量的组数。4. 结论本实验采用电导法测量乙酸乙酯皂化反应速率常数，并通过不同温度下反应的速率常数与反应活化能之间的关系得到其反应的活化能。实验中测得的k298K=7.7643
9、 dm3mol-1min-1 ，k303K=8.8205dm3mol-1min-1，而该反应的活化能为Ea=20.20KJ*mol-1；以上说明了该方法可行，但也存在各种误差。个人体会 本实验操作简单，尽管实验中一部分同学做滴定，另一部分同学做其他步骤，但实验仍然耗时较长。电导法测速率常数的方式，避免了直接测量溶液浓度的繁琐，且更及时、准确，体现了化繁为简的实验设计思想。皂化反应曲线随着时间的延长，会出现偏离二级反应的现象。对此，有的研究者认为，“皂化反应是双分子反应”的说法欠妥，此反应是一种“表观二级反应”；随着时间的延长，反应的可逆性对总反应的影响会逐渐变得明显。有的研究者认为，皂化反应还
10、存在盐效应，即某些中性盐的存在会降低其速率系数，因此，皂化反应实验的时间以半小时为宜。参考资料1 物理化学 上册南京大学物理化学教研室 傅献彩，沈文霞，姚天扬编 2011年5月2 物理化学电子讲义 中国科学技术大学 刘光明 2012年3 淮阴师范专科学校化学科物理化学实验M北京：高等教育出版社，198AbstractIn this experiment, ethyl acetate saponification reaction rate constant was determined by measuring the conductivity. Meanwhile,we have gotte
11、n a better understanding of chemical reaction rate methods in the experimental chemical kinetics study and some of the concepts and study methods of reaction order .【附件】原始数据处理1、NaOH浓度的测定以及乙酸乙酯量的确定滴定数据记录：滴定实验号 1 2 3邻苯二甲酸氢钾质量g 0.0237 0.0211 0.0203NaOH溶液的用量ml22.9320.20 19.63NaOH溶液的浓度mol*L-1 5.0609*10-3
12、 5.0894*10-3 5.0636*10-3NaOH溶液浓度均值mol*L-1 5.0713*10-3实验中所用的乙酸乙酯浓度为0.9g/ml即10.227mol/l要求乙酸乙酯的量与氢氧化钠的量相同，所以加入的乙酸乙酯的体积为： V=CNaOH*V0/C酯= 5.0713*10-3*100/10.227 ml=0.0496ml2、 反应速率常数的测定由原始数据可以作（L0- Lt）/t Lt曲线（t的单位为min），但所得图形中曲线的变化趋势并非完全线性，舍去非线性的一部分（舍去数据为刚加入乙酸乙酯时的数据，此时溶液尚未混合均匀，所以舍去合理），再做线性拟合有如下图T=298K，根据 ，可以得到ak=0.03902，而a=5.0713*10-3 mol*L-1所以 k298K=7.6943 dm3mol-1min-1同理得，T=303K时，（L0- Lt）/t Lt曲线为所以ak=0.04464，k303K=8.8025dm3mol-1min-13、反应活化能的计算由公式可得乙酸乙酯皂化反应的活化能为 Ea=20.20kJ*mol-1