《复习版-电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数含思考题答案(6页).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《复习版-电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数含思考题答案(6页).doc（6页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、-第 1 页复习版复习版-电导法测电导法测定乙酸乙酯皂化定乙酸乙酯皂化反应的速率常数反应的速率常数含思考题答案含思考题答案-第 2 页电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数指导老师：李国良【实验目的】【实验目的】学习电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法以及活化能的测定方法；了解二级反应的特点，学会用图解计算法求二级反应的速率常数；熟悉电导仪的使用。【实验原理】【实验原理】（1）速率常数的测定）速率常数的测定乙酸乙酯皂化反应时典型的二级反应，其反应式为：CH3COOC2H5NaOH=CH3OONaC2H5OHt=0C0C000t=tCtCtC0-CtC
2、0-Ctt=00C0C0速率方程式2kcdtdc，积分并整理得速率常数 k 的表达式为：假定此反应在稀溶液中进行，且 CH3COONa 全部电离。则参加导电离子有 Na、OH、CH3COO,而 Na反应前后不变，OH的迁移率远远大于 CH3COO，随着反应的进行，OH不断减小，CH3COO不断增加，所以体系的电导率不断下降，且体系电导率（）的下降和产物 CH3COO的浓度成正比。令0、t和分别为 0、t 和时刻的电导率，则：t=t 时，C0Ct=K（0-t）K 为比例常数t时，C0=K（0-）联立以上式子，整理得：可见，即已知起始浓度 C0，在恒温条件下，测得0和t，并以t对tt0作图，可得一
3、直线，则直线斜率0kc1m，从而求得此温度下的反应速率常数 k。（2）活化能的测定原理：）活化能的测定原理：因此只要测出两个不同温度对应的速率常数，就可以算出反应的表观活化能。【仪器与试剂】【仪器与试剂】电导率仪1 台铂黑电极1 支大试管5 支恒温槽1 台移液管3 支氢氧化钠溶液（1.98510-2mol/L）乙酸乙酯溶液（1.98510-2mol/L）【实验步骤】【实验步骤】调节恒温槽的温度在 26.00；在 1-3 号大试管中，依次倒入约 20mL 蒸馏水、35mL 1.98510-2mol/L 的氢氧化钠溶液和 25mL1.98510-2mol/L 乙酸乙酯溶液，塞紧试管口，并置于恒温槽
4、中恒温。安装调节好电导率仪；-第 3 页0的测定：从 1 号和 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，用此时刻作为反应的起始时间，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。反应活化能的测定：在 35恒温条件下，用上述
5、步骤测定t值。【数据处理】【数据处理】求 26的反应速率常数 k1，将实验数据及计算结果填入下表：恒温温度=28.000=2.29mscm-1V乙酸乙酯=10.00mL乙酸乙酯=1.985010-2mol/LVNaOH=10.00mLNaOH=1.985010-2mol/Lc0=0.51.985010-2mol/L实验数据记录及处理表 1：t/mint/mscm-1（0-t）/mscm-1tt0/mscm-1min-121.8470.4430.22241.7480.5420.13661.6430.6470.10881.5620.7280.091101.4970.7930.079121.4420
6、.8480.071141.3920.8980.064161.3480.9420.059181.3090.9810.055201.2731.0170.051221.2411.0490.048241.2131.0770.045261.1871.1030.042281.1641.1260.040301.1421.1480.038-第 4 页图 1：t-tt0：数据处理：t对tt0作图,求出斜率 m，并由0kc1m 求出速率常数m=4.15，k1=1/(mc0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10-2)molL-1min=24.3L/(molmin)文献参考值：k（298.2K）=（61）L/
7、(molmin)采用同样的方法求 35的反应速率常数 k2，计算反应的表观活化能 Ea：a、35的反应速率常数 k2恒温温度=35.000=2.63mscm-1V乙酸乙酯=10.00mL乙酸乙酯=1.985010-2mol/LVNaOH=10.00mLNaOH=1.985010-2mol/Lc0=0.51.985010-2mol/L实验数据记录及处理表 2：t/mint/mscm-1（0-t）/mscm-1tt0/mscm-1min-121.790.840.42041.650.980.24561.511.120.18781.411.220.153101.331.30.130121.271.36
8、0.113141.221.410.101161.171.460.091181.141.490.083201.111.520.076221.081.550.070241.061.570.065261.041.590.061281.021.610.058301.011.620.054图 2：t-tt0：m=2.34，k1=1/(mc0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10-2)molL-1min=43.1L/(molmin)文献参考值：k（308.2K）=（102）L/(molmin)b计算反应的表观活化能：k1/k2=m2/m1-第 5 页ln(k2/k1)=Ea/R(1/T1-1/T2
9、)ln(m1/m2)=Ea/R(1/T1-1/T2)Ea=Rln(m1/m2)T1T2/(T2-T1)=8.314ln（4.152.34）308299(308299)J/mol=48.7kJ/mol文献值：Ea=46.1kJ/mol相对误差：（48.7-46.1）46.1100%=5.64%【结果分析与讨论】【结果分析与讨论】根据本实验中测定的数据作t-tt0图，图形为抛物线并非直线：乙酸乙酯皂化反应为吸热反应，混合后体系温度降低，所以在混合后的几分钟所测溶液的电导率偏低。如果从 6min 开始测定，即去掉前两个数据，重新作图，则t-tt0图线性提高了。以26.0数据为例作图对比：去点前：去点
10、后：作t-tt0图得斜率 m，根据 m 求出 k 值约为文献值的 4 倍：26.0：m=4.15，k1=1/(mc0)=1/(4.15*1.9850*0.5*10-2)molL-1min=24.3L/(molmin)文献参考值：k（298.2K）=（61）L/(molmin)35.0：m=2.34，k1=1/(mc0)=1/(2.34*1.9850*0.5*10-2)molL-1min=43.1L/(molmin)文献参考值：k（308.2K）=（102）L/(molmin)分析原因：实验过程中加入乙酸乙酯后没有充分混合就开始测定，由于电导率仪处于主要是乙酸乙酯的环境氛围内，所以测定的t偏小，
11、而tt0值偏大，则作图所得斜率偏小。由于实验过程中，加入乙酸乙酯的操作及插放电导率仪的操作都由我完成的，所以在不同温度下所测定的数据都出现的相同程度的负偏差。【提问与思考】【提问与思考】为何本实验要在恒温条件进行，而 CH3COOC2H5和 NaOH 溶液在混合前还要预先恒温？答：因为反应速率 k 受温度的影响大，（kT+10）/kT=24，若反应过程中温度变化比较大，则测定的结果产生的误差较大；反应物在混合前就预先恒温是为了保证两者进行反应的时候是相同温度的，防止两者温差带来温度的变化影响测定结果。为什么 CH3COOC2H5和 NaOH 起始浓度必须相同，如果不同，试问怎样计算 k 值？如
12、何从实验结果来验证乙酸乙酯反应为二级反应？答：因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应，为了简化计算，采用反应物起始浓度相同。如果不同，则 k=1/t(a-b)lnb(a-x)/a(b-x)。选择不同浓度的 CH3COOC2H5和 NaOH 溶液，测定不同浓度的反应物在相同反应条件下的反应速率。有人提出采用 pH 法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数，此法可行吗？为什么？-第 6 页答：可 以。CH3COOC2H5 OH=CH3COO C2H5OH，反 应 速 率 方 程 为：v=dx/dt=k(a-x)(b-x)，当起始浓度相同（a=b），对该式积分简化得：k=x/ta(a-x)。设 t 时刻溶液的 pH
13、 值为（t），则此时溶液 OH-的浓度为 ct（OH-）=10（pH-14），即 a-x=10（pH-14），ka=a-10（pH-14）/t10（pH-14），用 a-10（pH-14）对t10（pH-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。2 2 反应反应分子数与分子数与反应反应级数是两个完全不同的概念，级数是两个完全不同的概念，反应反应级数只能通过级数只能通过实验实验来确来确定定。试问如何从实验结果。试问如何从实验结果来验来验证乙酸乙酯为证乙酸乙酯为二级二级反应反应
14、?答：保证实验条件完全相同的情况下，采用不同浓度的 CH3COOC2H5 和 NaOH 进行实验，比较实验的反应速率常数来证明乙酸乙酯皂化反应为二级反应。3 3乙酸乙酯皂化反应为吸热反应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？验得到较好的结果？答：实验采用稀溶液在超级恒温水浴中进行，并反应前水浴槽恒温 10 分钟才进行实验，NaOH 和 CH3COOC2H5 溶液在混合前还要预先恒温 10 分钟，以保证整个实验过程都在相对稳定的温度下进行。4 4如如果乙酸乙酯果乙酸乙酯和和 NaOHNaOH 溶液溶液均为均为浓溶
15、液浓溶液，试问，试问能否用此能否用此方方法求得法求得 k k 值值?为什么？为什么？答：不能。因为反应过程中浓溶液稀释会放出大量的热，对实验温度有影响。而且只有强电解质的稀溶液的电导率与其浓度成正比。6.为什么要使两溶液尽快混合完毕？开始一段时间的测定时隔期为什么要短？答：(1)实验过程中，要记录不同反应时间时体系的电导率，因此两溶液要尽快混合，且在混合时开始按下秒表计时。(2)反应在开始一段时间内，体系的电导率下降较快，因此这段时间测定的时间间隔期要短。7.为什么由 0.0100mol dm-3的 NaOH 溶液和 0.0100moldm-3的 CH3COONa 溶液测得的电导率可以认为是0、？答：0是反应：CH3COOC2H5NaOH CH3COONaC2H5OH体系 t=0 时的电导率，但是CH3COOC2H5与 NaOH 混合的瞬间就已开始反应，因而混合后第一时间测的也不是 t=0 时的电导率。根据 CH3COOC2H5与 NaOH 体积和浓度都相等，二者混合后浓度均稀释一倍，若忽略 CH3COOC2H5的电导率，0.0100moldm-3NaOH 所测即为0。是上述反应t=时的电导率，当反应完全时，CH3COONa的浓度和t=0时NaOH浓度相同，若忽略C2H5OH的电导率，0.0100moldm-3的 CH3COONa 所测即为。