实验十乙酸乙酯皂化反应动力学研究

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1、乙酸乙酯皂化反应动力学研究中国科学技术大学少年班学院摘要：本实验通过测量反应溶液的电导率对乙酸乙酯的皂化反应进程进行追踪并由此对其反应动力学进行研究。关键词：乙酸乙酯，皂化反应，动力学，电导率1前言对乙酸乙酯反应的动力学的研究可以让我们更加好的控制这个反应，对于乙酸乙酯的动力学研究包括测定反应平衡常数，测定反应活化能和测定反应级数等方面，对于这些指数的测定需要反应中各个时刻的反应物及生成物浓度，对这些量的测量可以使用传统的化学分析方法，如滴定法等，本实验则使用电化学的方法，通过测定与物质浓度有直接关系的电导率进而推得反应中浓度的变化，之后进一步得到反应中各个需要的

2、量。2实验部分2.1实验仪器及试剂HK-2A型超级恒温水浴85-2型恒温磁力搅拌器SartoriusCPA2245型电子天平（精度0.0001g）SevenMultiMetterToledoInLab731型电导率计0.0050MNaOH溶液乙酸乙酯（分析纯）邻苯二甲酸（分析纯）酚酞指示剂，去离子水玻璃仪器若干1.1实验设计1.1.1反应常数的求得乙酸乙酯皂化反应的方程式为：CH3COOC2H5+OH-=CHCOO-+C2H5OH(1)反应中各物质的量的浓度与反应速率以及速率常数的关系为：dxdt=k(a-x)(b-x)(2)其中x为生成物浓度，a为乙酸乙酯初始浓

3、度，b为氢氧根，即氢氧化钠初始浓度，本实验中取两个反应物初始浓度相同，即a=b，则上式可简化为：dxdt=k(a-x)2(3)随着反应的进行，体系中的电导率和体系中生成物浓度x成正比，则对于某一时刻t有：x=K(L0-Lt)(4)在反应结束时，即t取无穷大的时候，体系中反应物完全转化成生成物，即x=a，此时可以得到关系式：a=K(L0-L∞)(5)将上面两个式子代入速率表达式的式子中，即可得到电导率与反应速率常数k的关系式：L0-LtLt-L∞=akt(6)其中a为已知数，L0与Lt及时间t均可在实验中测得，但是在有限的反应时间内L∞很难测得，

4、故将公式变形成如下形式：L0-Ltt=akLt-akL∞(7)此时可以将akL∞视作一常数项，则此时，用L0-Ltt作为y轴，Lt作为x轴作图，即有y=akx+b(8)求得斜率之后，再加上已知的初始浓度a，就可以求得反应平衡常数k。1.1.1活化能的求得用2.2.1的方法可以分别求得两个不同温度下的反应平衡常数，阿伦尼乌斯公式给出了反应平衡常数随温度的变化率与活化能的关系：dlnkdT=EaRT2(9)取上式的积分形式：lnk2k1=EaR(1T1-1T2)(10)由上式可知，得到两个温度下的反应平衡常数及对应的温度之后即可求出反应的活化能。1.2实验步骤i.配制

5、氢氧化钠溶液及其浓度的确定：首先取100mL弄氢氧化钠溶液，倒入大玻璃瓶中，之后加入约900mL去离子水，之后在电导计的测量下逐渐加入蒸馏水至电导率在1200-1300μS之间，之后取出氢氧化钠溶液加入滴定管，对邻苯二甲酸进行滴定进而确定氢氧化钠的浓度。i.打开恒温水浴，调节水温至25度，将稀释的氢氧化钠移取100mL至反应缸中，插入探测电极，待温度恒定至10分钟内变化0.1度以内的时候，取0.050mL乙酸乙酯加入反应液中并开始计时读数，15分钟内每一分钟读数一次，15分钟到30分钟每2分钟读数一次。ii.移取新的氢氧化钠，并且调节温度至30度，之后重复ii中步

6、骤。1结果与讨论1.1实验结果i.24.7℃下的反应平衡常数K297.7K=7.112mol/(L∙min)ii.28.8℃下的反应平衡常数K301.8K=9.250mol/(L∙min)iii.反应活化能为Ea=47.89KJ/mol，与标准数据的61.5KJ/mol对比，误差为∆Ea=-13.61KJ/mol，相对误差为22.1%。1.2误差分析i.仪器误差：实验中使用的电导率测量计相对比较精准，读数也由电脑读取，不易造成误差，但是相比之下其余的玻璃仪器精准度上则要差一些，尤其是两个移液管，其中0.5mL的移液管用来移取0.049mL的乙酸乙酯，以保证初始浓

7、度中乙酸乙酯浓度与氢氧化钠浓度相同，这本身就比较困难，从刻度上无法精确判断0.049ml，只能取0.5mL刻度向下一点，但是这样造成的相对误差就可能比较大，但是相对的氢氧化钠的浓度由滴定确定，且有三次平行滴定，不易有过大误差，故初始浓度可能因为乙酸乙酯移液浓度问题而使得初始浓度不同，造成用于计算反应平衡常数和活化能的公式上出现错误，从而导致数据上的误差，这应该是本次实验误差的主要来源。另外由于室温和恒温水浴装置本身的原因导致温度无法上升到最理想的数值，而且在实验过程中会有0.1度左右的变化，也会使得恒温这一前提不成立，从而影响反应的精确度。i.实验操作造成的误差：

8、实验中配制