文档介绍：实验二十一乙酸乙酯皂化反应
【目的要求】
1. 用电导率仪测定乙酸乙酯皂化反应进程中的电导率。
2. 学会用图解法求二级反应的速率常数,并计算该反应的活化能。
3. 学会使用电导率仪和恒温水浴。
【实验原理】
乙酸乙酯皂化反应是个二级反应,其反应方程式为:
CH3COOC2H5+ OH- → CH3COO-+C2H5OH
当乙酸乙酯与氢氧化钠溶液的起始浓度相同时,如均为a,则反应速率表示为
(1)
式中,x为时间t时反应物消耗掉的浓度,k为反应速率常数。将上式积分得
(2)
起始浓度a为已知,因此只要由实验测得不同时间t时的x值,以x/(a-x)对t作图,若所得为一直线,证明是二级反应,并可以从直线的斜率求出k值。
乙酸乙酯皂化反应中,参加导电的离子有OH-、Na+和CH3COO-。由于反应体系是很稀的水溶液,可认为CH3COONa是全部电离的。因此,反应前后Na+的浓度不变。随着反应的进行,仅仅是导电能力很强的OH-离子逐渐被导电能力弱的CH3COO-离子所取代,致使溶液的电导逐渐减小。因此,可用电导率仪测量皂化反应进程中电导率随时间的变化,从而达到跟踪反应物浓度随时间变化的目的。
令G0为t=0时溶液的电导,Gt为时间t时混合溶液的电导,G∞为t = ∞(反应完毕)时溶液的电导。则稀溶液中,电导值的减少量与CH3COO-浓度成正比,设K为比例常数,则
t=t时, x=x, x=K(G0-Gt)
t = ∞时, x=a, a=K(G0-G∞)
由此可得:
a -x=K(Gt-G∞)
所以a-x和x可以用溶液相应的电导率表示,将其代入(2)式得:
重新排列得:
(3)
因此,只要测不同时间溶液的电导值Gt和起始溶液的电导值G0,然后以Gt对(G0-Gt)/t作图应得一直线,直线的斜率为1/(ak),由此便求出某温度下的反应速率常数k值。将电导与电导率κ的关系式G = κA/l代入(3)式得:
(4)
通过实验测定不同时间溶液的电导率κt和起始溶液的电导率κ0,以κt对(κ0-κt) /t作图,也得一直线,从直线的斜率也可求出反应速率数k值。
如果知道不同温度下的反应速率常数k(T2)和k(T1),根据Arrhenius公式,可计算出该反应的活化能E:
(5)
【仪器试剂】
电导率仪1台;电导池1只;恒温水浴1套;停表1支;移液管(50mL,3支、1mL,1支);容量瓶(250mL,1只);磨口三角瓶(200mL,5只)。
NaOH (·dm-3);乙酸乙酯(.);电导水。
【实验步骤】
1. 配制乙酸乙酯溶液
准确配制与NaOH浓度(·dm-3)相等的乙酸乙酯溶液。其方法是:根据室温下乙酸乙酯的密度,·dm-3的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升数V,然后用lmL移液管吸取VmL乙酸乙酯注入250mL容量瓶中,稀释至刻度即可。
2. 调节恒温槽
将恒温槽的温度调至(±)℃[或(±)℃]。
3. 调节电导率仪
电导率仪的使用见第一篇第四章“电学测量技术与仪器”。
4. 溶液起始电导率κ0的测定
在干燥的200mL磨口三角瓶中,