乙酸乙酯皂化反应常数影响因素的研究.docx
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乙酸乙酯皂化反应常数影响因素的研究
乙酸乙酯皂化反应速率常数影响因素的研究
摘要：
本实验主要研究盐效应、超声波效应对乙酸乙酯反应速率常数的影响。
采用电导法，pH酸度法测定乙酸乙酯反应速率常数，通过与文献值比较，得出最佳测定方法。
实验分别在25℃和30℃下进行，由电导率测得的反应速率常数为6.74和9.51，比pH酸度法测得的数值8.02和13.55更接近文献值6和9，由此得出，电导法优于pH法；由电导法来研究盐效应和超声波效应的影响，得出盐效应、超声波效应对乙酸乙酯反应速率常数都有影响，它们均使其减小。
关键字：
电导法pH酸度法盐效应超声波效应
正文
1、前言
乙酸乙酯皂化反应在工业中有着重要应用。
研究影响乙酸乙酯皂化反应速率常数的因素有重要意义，可以知道如何控制反应条件，提高主反应的速率，以增加化工产品的产量；可以知道如何抑制或减慢副反应的速率，以减少原料的消耗，减轻分离操作的负担，并提高产品的质量；可以为科研成果的工业化进行最有设计和最优控制，为现有的生产选择提供最适宜的操作条件【1】。
乙酸乙酯造化反应是典型的二级反应，受温度、盐效应、磁效应（微波、超声波、磁铁场）等的影响。
目前温度的影响文献中显见报道，但盐效应、超声波效应对它的影响文献中鲜有报道。
基于这种现状，本实验主要研究盐效应与超声波效应对乙酸乙酯皂化反应的影响。
试验中测定的方法有电导法和pH酸度法。
2、实验部分
2.1实验仪器与试剂
【实验仪器】
电导仪（DDS-307，上海雷磁公司）
台式酸度计（PH211，HANNA公司）
精密恒温水槽（DF-02，南京舫奥科技有限公司）
超声波仪（SK-5200LH，上海科导超声仪器有限公司）
秒表
【实验试剂】
0.0400mol/LNaOH溶液
0.0400mol/L新配置的CH3COOC2H5溶液（分析纯）
0.0400mol/LNaCl溶液，蒸馏水
2.2实验方法
2.1.1电导法【2】
2.1.1.1原理
乙酸乙酯皂化反应是二级反应，其方程式为：
CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
氢氧根的电导率大，醋酸根电导率小。
因此，在反应进行的过程中，电导率大的氢氧根逐渐被电导率小的醋酸根取代，溶液电导率明显降低。
对稀溶液而言，强电解质的电导率L与其浓度成正比，而且溶液的总电导率就等于组成该溶液的电解质电导率之和。
因此可用电导率仪测量反应进程中的电导率，根据Lo和（Lo-Lt）/t之间的线性关系算出斜率，从而算出反应速率常数k。
2.1.1.2实验步骤：
1）恒温水槽调节温度为25度
2）打开电导仪，调整仪器
3）取3只叉形电导池，分别加入15mL蒸馏水和15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒温水槽中恒温10分钟。
4）用电导仪测定已恒温的蒸馏水与NaOH混合溶液的电导率Lo。
将另外两只叉形电导池的溶液均匀混合并计时，在第4分钟时插入电导电极，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分钟时测定记录电导率Lt。
5）用Excel处理数据，平行2次测定。
6）调节恒温水槽温度为30度，重复上述3）4）5）步骤测定记录处理数据。
2.1.2pH酸度法【3】
2.1.2.1原理
乙酸乙酯皂化反应方程式为：
CH3COOC2H5+NaOH→CH3COONa+C2H5OH
产物中NaOH呈碱性，其碱性比产物CH3COONa强。
在反应进行的过程中，NaOH的浓度逐渐减小，溶液碱性明显降低，pH变小。
这样用严格方法测定溶液的pH值得方法的到各个时刻溶液中的氢氧根浓度，根据其变化可得到反应速率常数k。
2.1.2.2实验步骤
1）调节恒温水槽温度为25度
2）打开pH酸度计，调整仪器
3）取2只叉形电导池，分别加入15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒温水槽中恒温10分钟。
4）将两只叉形电导池的溶液均匀混合并计时，在第4分钟时插入酸度计探棒，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分钟时测定记录pH值。
5）用Excel处理数据，平行2次测定。
6）调节恒温水槽温度为30度，重复上述3）4）5）步骤测定记录处理数据。
3、结果与讨论
3.1皂化反应速率常数测定方法比较
求反应速率的方法很多，归纳起来有化学分析法与物理化学分析法两类。
化学分析法是在一定时间取出一部分式样，使用骤冷或取去催化剂等方法使反应停止，然后进行分析，直接求出浓度。
这种方法虽设备简单，但是时间长，比较麻烦。
物理化学分析法有旋光、折光、电导、分光光度等方法，根据不同情况可用不同仪器。
这些方法的优点是实验时间短，速度快，可不中断反应，而且还可采用自动化的装置。
但是需要一定的仪器设备，并只能得出间接的数据，有时往往会因为某些杂质的存在而产生较大误差。
【4】
为得到最佳方法本实验采用电导法与pH酸度法来测出值，进行方法比较。
其结果如图a1-a8。
注：
电导法图横坐标为（Lo-Lt）/t，纵坐标为Lt；pH酸度法图横坐标为t,纵坐标为10^（14-pH）
图a125℃电导法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图a225℃电导法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
图a330℃电导法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图a430℃电导法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
图a525℃pH酸度法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图a625℃pH酸度法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
图a730℃pH酸度法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图a830℃pH酸度法测乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
由图可得表如下：
电导法
pH酸度法
温度（℃）
25
30
25
30
k1
6.60
9.64
7.23
13.53
k2
6.88
9.37
8.80
13.56
平均k
6.74
9.51
8.02
13.55
文献值℃
6
9
6
9
相对误差
12.33%
5.67%
33.67%
50.56%
由表比较可知，电导法测出值的相对误差比pH酸度法测出的小，优于pH酸度法。
所以接下来的实验采用电导法。
实验测得乙酸乙酯皂化反应速率常数30℃下为9.51。
3.2影响因素研究
由文献可知，乙酸乙酯皂化反应速率常数受很多因素影响，其中盐效应、超声波效应对其影响文献中鲜见报道，基于此，本实验对其进行研究。
3.2.1盐效应对k的影响
研究盐效应对乙酸乙酯皂化反应速率常数的影响，实验由电导法得出结果如图b1-b4：
图b130℃2mL0.0400mol/LNaCl盐效应对乙酸乙酯皂化反应常数影响曲线图
（一）
图b230℃2mL0.0400mol/LNaCl盐效应对乙酸乙酯皂化反应常数影响曲线图
（二）
图b330℃4mL0.0400mol/LNaCl盐效应对乙酸乙酯皂化反应常数影响曲线图
（一）
图b430℃4mL0.0400mol/LNaCl盐效应对乙酸乙酯皂化反应常数影响曲线图
（二）
由图b1-b4可得下表：
30℃/k=9.51
2mL
4mL
k1
10.20
8.80
k2
7.76
8.45
平均k
8.98
8.63
由表可知，盐效应使乙酸乙酯皂化反应速率常数减小，并且加入的盐溶液浓度越大，乙酸乙酯皂化反应速率常数越小。
在稀溶液中，lgK～2zAzBI^（1/2）为直线关系，其中zA，zB加入盐在溶液中的带电量。
加入的盐为NaCl，则zAzB=-1﹤0，反应速率随离子强度增加而减小，既加入的盐溶液越多，盐溶液浓度越高，反应速率常数越小。
【5】
3.2.2超声波对k的影响
研究超声波对乙酸乙酯皂化反应速率常数的影响，实验得出结果如图c1-c4：
图c130°C，频率59HZ，功率70%的超声波下，乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图c230°C，频率59HZ，功率70%的超声波下，乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
图c330°C，频率59HZ，功率100%的超声波下，乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（一）
图c430°C，频率59HZ，功率100%的超声波下，乙酸乙酯皂化反应常数曲线图
（二）
由图c1-c4可得下表：
30℃/k=9.51
59HZ70%
59HZ100%
k1
9.10
8.63
k2
9.20
9.32
平均k
9.15
8.98
由表可知，超声波效应使乙酸乙酯皂化反应速率常数减小，并且频率不变时，功率越大，乙酸乙酯反应速率常数越小。
由文献可知，微波可以促进乙酸乙酯皂化反应速率加快。
文献中未有涉与超声波的影响，本实验通过相同条件下采用电导法测定超声波处理下的乙酸乙酯皂化反应的速率常数与未经超声波处理的进行比较，发现超声波处理能使乙酸乙酯皂化反应速率常数减小。
4、小结
经过实验证明电导率测得反应速率常数比pH酸度法测得的更接近真实值，所以采用电导法测反应速率常数。
盐效应、超声波效应对乙酸乙酯皂化反应速率常数均有影响。
盐溶液浓度越高，乙酸乙酯皂化反应速率常数越小；超声波频率不变时，功率越大，乙酸乙酯反应速率常数越小。
参考文献：
【1】天津大学物理化学教研室编，李松林等修订·物理化学·高
等教育出版社2009年5月（第五版）第507页
【2】孙尔康等编·物理化学实验·南京大学出版社，1998年4月（第一版）第62-64页
【3】邵水源，刘向荣等·pH值法测定乙酸乙酯皂化反应常数·西安科技学院院报，2004年6月（第2期）第24卷
【4】孙尔康等编·物理化学实验·南京大学出版社，1998年4月（第一版）第65页
【5】天津大学物理化学教研室编，李松林等修订·物理化学·高等教育出版社2009年5月（第五版）第570-572页
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