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1、华南师范大学实验报告学生姓名 专 业 课程名称 物理化学实验实验类型 验证 设计 综合学 号年级、班级实验工程电导法测定乙酸乙酯皂化反响的速率常数实验时间年 月 日实验指导老师实验评分 【实验目的】 学习电导法测定乙酸乙酯皂化反响速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法; 了解二级反响的特点,学会用图解计算法求二级反响的速率常数； 熟悉电导仪的使用.【实验原理】1速率常数的测定乙酸乙酯皂化反响时典型的二级反响,其反响式为:速率方程式壬 kc2,dt积分并整理得速率常数1Co Ctk的表达式为：k =tCoCtCHCOO2H +NaOH =CH3OONa+C2H5OHt=0COCO00t=tCt
2、CtG - CtC0 -Ctt= oo00CC此反响在稀溶液中进行,且CHCOON全部电离.那么参加导电离子有Na： OH、CHCOO,而Na反响前后不变,OHT的迁移率远远大于 CH3COO,随着反响的进行, OHT不断减小, CHCOO不断增加,所以体系的电导率不断下降,且体系电导率k 的下降和产物 CHCOO的浓度成正比.令飞、和.二分别为0、t和a时刻的电导率,那么:t=t 时,C0 - Ct=K ( o1 ) K 为比例常数t is时,C0= K 0 - ：联立以上式子,整理得：kcotCO可见,即起始浓度Co,在恒温条件下,测得t作图,可1得一直线,那么直线斜率 m,从而求得此温度
3、下的反响速率常数k.kco(2)活化能的测定原理：Ink 2ki吕(T因此只要测出两个不同温度对应的速率常数,就可以算出反响的表观活化能.【仪器与试剂】大试管5支移液管3支DDS-11A电导率仪 1 台 铂黑电极1支恒温槽1台氢氧化钠溶液(1.985 x 10- moI/L )2乙酸乙酯溶液(1.985 x 10 moI/L )【实验步骤】 调节恒温槽的温度在 25.00 C左右； 在1-3号大试管中,依次倒入约20mL蒸馏水、35mL0.0200mol/L的氢氧化钠溶液和25mL0.0200mol/L乙酸乙酯溶液,塞紧试管口,并置于恒温槽中恒温. 预热并调节好电导率仪； -0的测定：从1号和
4、2号试管中,分别准确移取10mL蒸馏水和10mL氢氧化钠溶液注入 4号试管中摇匀,至于恒温槽中恒温,插入电导池,测定其电导率 0 ； t的测定:从2号试管中准确移取10mL氢氧化钠溶液注入 5号试管中至于恒温槽中恒温,再从3号试管中准确移取10mL乙酸乙酯溶液也注入 5号试管中,当注入 5mL时启动秒表,用此时 刻作为反响的起始时间,加完全部酯后,迅速充分摇匀,并插入电导池,从计时起2min时 开始读 t值,以后每隔2min读一次,至30min时可停止测量. 反响活化能的测定：在35C恒温条件下,用上述步骤测定t值.进而求得反响的活化能.【数据处理】(1)求27.47 C的反响速率常数 ki,
5、将实验数据及计算结果填入下表:1 恒温温度=27.47 C . 0=2.268 ms cmV乙酸乙酯 =10.00mL 乙酸乙酯=0.02 mol/LVNa=10.00mLNaOH=0.02 mol/L实验数据记录及处理表 1:t/min-1K t /ms cmz-1(K0- ) / ms cmK0 一/ ms- cm-1 min-1 t22.190.4980.249042.130.5580.139562.050.6380.106381.990.6980.0873101.940.7480.0748121.90.7880.0657141.860.8280.0591161.830.8580.053
6、6181.810.8780.0488201.790.8980.0449221.770.9180.0417241.760.9280.0387261.750.9380.0361281.740.9480.0339301.730.9580.0319由于开始时温度还未温度,前4个点偏离较远,假设代入作图的话线性较差,故舍去前3个点进行线性拟合,得图 1 :27. 47 去3 点 JS1数据处理：对0 匚作图,求出斜率m,并由m求出速率常数tkcom=6.76956404 , ki=1/(mc 0) =6.76956404 L/(mol min)文献参考值：k (298.2K ) =7.2906 L/(m
7、ol min)相对误差-7.15%(2)采用同样的方法求35C的反响速率常数 k2,计算反响的表观活化能Ea：恒温温度=35.0 C. 0=2.63ms cm1V乙酸乙酯 =10.00mL 乙酸乙酯=0.0200mol/LVNaO=10.00mLNaOH=0.0200mol/L实验数据记录及处理表 2 :t/min-1Kt /ms cm/ -1(瓷0 -瓷t ) / ms cm0 Kt / ms - cm1 min-1 t22.030.6580.3290420.6880.172061.950.7380.123081.90.7880.0985101.860.8280.0828121.830.85
8、80.0715141.80.8880.0634161.770.9180.0574181.750.9380.0521201.730.9580.0479221.70.9880.0449241.710.9780.0408261.690.9980.0384281.681.0080.0360301.671.0180.0339同样由于开始时温度还未温度,前4个点偏离较远,假设代入作图的话线性较差, 故舍去前3个点进行线性拟合,得图 1:35去3点后数据处理：-对一0-作图,求出斜率m,并由m求出速率常数tkcom=14.772 , k2=1/(mc 0)=10.1210.96864066 L/(mol m
9、in)文献参考值：k (308.2K ) =11.9411 L/(mol min)相对误差-8.14%b.计算反响的表观活化能：/ kk 2=m/m1In(k 2/kJ=Ea/R (1/T 1-1/T 2) ln(m dm2)=Ea/R (1/T 1-1/T 2) Ea=Rln(mm2) T2/(T 2-T1)=49.36119901 kJ/mol文献值：Ea=46.1 kJ/mol相对误差7.74%【结果分析与讨论】(1)根据测定的数据作“ 八七图,图形为类似于抛物线的曲线,线性较差,分t析原由于：乙酸乙酯皂化反响为吸热反响,混合后体系温度降低,在初放入恒温槽内, 反响试管温度未上升速度不如
10、反响吸热速度,导致温度偏低,继而影响在混合后的几分钟所测溶液的电导率,使其偏低.去掉前3个数据后,重新作图,那么线性明显提升.以27.47 C去1点、去2点的图为例子,可以明显看出区别.27-47去点甫27_47去两点后(2) 在 27.47 C 时,求出 k 值 6.76956404 L/(mol min)文献参考值：k (298.2K ) =7.2906 L/(mol min)相对误差-7.15%根据参考文献,本次实验误差不算太大,在可以接受的范围内.本次数据误差为负误 差,即测得反响速率比理论速率要低.分析原因：由于恒温槽一直处于35C,进行测量时,进行屡次充放水,待恒温槽温度后,恒温槽
11、温度计显示温度为27.47,但实际上恒温槽内水温要比测量值略低(温度计从高温回落到低温需要较长时间).另外,参加试管后,试管在恒温槽中并未完全跟恒温槽到达 热平衡,且皂化反响为吸热反响,导致测量的电导率普遍偏低.而在测量35C反响时,由于恒温槽升温速度过快,温度超过35C,在重新调整等待回落时,水温分布不均,温度计测量温度为35C,实际温度要比测量温度低(即反响温度低 于 35C),测量结果 k 值为 10.1210.96864066 L/(mol -min),文献参考值:k( 308.2K )=11.9411 L/mol min相对误差-8.14%,同样存在负误差.数据处理计算反响活化能时,
12、由于两个 k 值均存在负误差,计算结果反而有局部误差 被抵消,因此活化能与文献值比拟差异不大. 3实验评价：本实验方法简便可行,对于较为复杂的二级反响速率常数的测定,大 大简化了测量步骤. 但该方法对仪器设备要求较高, 尤其对于恒温系统的要求尤为严格, 受 室温等因素影响较大,需要得到较为准确结果,应屡次进行平行实验,进行比拟分析.【提问与思考】 为何本实验要在恒温条件进行,而CHCOOCt和NaOH溶液在混合前还要预先恒温？答：由于反响速率 k 受温度的影响大,假设反响过程中温度变化比拟大,那么测定的结果 产生的误差较大；反响物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反响的时候是相同温度 的,预
13、防两者温差带来温度的变化影响测定结果. 为什么CHCOOCi和NaOH起始浓度必须相同,如果不同,试问怎样计算k值？如何从实验结果来验证乙酸乙酯反响为二级反响？答：由于乙酸乙酯的皂化反响是二级反响,使用同一浓度可大大简化计算如果不同,那么k=1/ta-b Inba-x/ab-x.选择不同浓度的 CHCOO2B!和NaOH溶液,测定不同浓度的反响物在相同反响条件下的反响速率. 有人提出采用 pH 法测定乙酸乙酯皂化反响速率常数,此法可行吗？为什么？答：可以. CH3COOC2H5 OH =CH3COO C2H5OH , 反响速率方程为： v=dx/dt=ka-xb-x,当起始浓度相同a=b,对该式积分简化得： k=x/taa-x.设t时刻溶 液的 pH 值为 t,那么此时溶液 OH-的浓度为 ctoh-=10pH14,即 a-x=10pH-14, ka=a-10 pH-14/t 10pH-14,用 a-10 pH-14对t 10pH-14作图,可得一条直线,该直线的斜率 m=ka , 即 k=m/a. 为什么要将电导率仪的温度旋钮选为“25？答：测量值就是待测液在实际温度下未经补偿的原始电导率值.【参考文献】1 傅献彩 , 沈文霞 , 姚天扬 , 物理化学 , 高等教育出版社 , 2005.2 何广平 , 南俊民 , 孙艳辉 , 根底物理化学实验 , 化学工业出版社 ,2021.