北京大学《物理化学实验》实验报告乙酸乙酯皂化反应.docx
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北京大学《物理化学实验》实验报告乙酸乙酯皂化反应
乙酸乙酯皂化反应
摘要：
本实验测算乙酸乙酯皂化反应的速率常数及活化能。
利用乙酸乙酯皂化反应前后反应物与产物的电导率的不同，使用电导率仪监测反应进度，确定体系电导率随反应时间的变化。
利用测得电导率与各物种浓度的关系，代入二级反应动力学方程进行拟合，计算得到在（44.00±0.05）℃时该反应速率常数为（0.395±0.002）L·mol-1·s-1。
并结合6个不同温度下测得的速率常数，利用Arrhenius公式计算得该反应的活化能为（52.5±2.0）kJ·mol-1。
关键词：
电导率；速率常数；活化能
1实验部分
1.1仪器和药品
DDS-I1A型电导率仪，恒温槽，万分之一天平，夹层皂化管，大试管，50及100mL容量瓶，25mL移液管，停表。
乙酸乙酯（AR），NaOH（0.02052mol·L-1），二次水。
1.2实验步骤
1.2.1调节恒温槽
打开恒温槽，调节温度至44.00℃。
调节温度时先设定温度为43℃左右，待恒温槽温度稳定后再缓慢调节（防止温度飞升），使温度到达（44.00±0.05）℃。
待温度稳定在44.00℃后，关闭大加热开关，拧紧调节旋钮防止温度发生较大波动。
1.2.2配制乙酸乙酯溶液
向100mL容量瓶中加入约三分之二体积的水，再用100μL微量注射器加入乙酸乙酯0.1798g（理论应加入量0.1808g）加入乙酸乙酯时确保将酯直接滴到水面上，定容，摇匀。
1.2.3测定κ0
用50mL容量瓶将氢氧化钠溶液准确稀释一倍。
将稀释后的氢氧化钠溶液一部分倒入大试管，剩下的淋洗铂黑电极，再将电极插入大试管，恒温10min。
打开电导率仪，调节“温度”旋钮至25℃；将“选择”旋钮拨到“校正”，调“常数”旋钮至电导池常数（实际使用的电导率仪的常数为0.979），再拨到“测量”，读出示数并记录。
1.2.4测定κt
用移液管移取25mL氢氧化钠溶液至管，移取25mL乙酸乙酯至夹层皂化管外管，塞好盖子，和一支干燥洁净的大试管一起恒温10min。
取出皂化管，倾斜使氢氧化钠和乙酸乙酯全部混合，同时开始计时。
摇晃使溶液混匀，然后快速将一部分溶液倒入大试管至接近一半高度，剩下溶液淋洗铂黑电极，并将电极插入大试管，从2min开始，每隔2min记录一次数据，30min后每4min记录一次。
测定总时长为46min。
共平行测定三次。
1.2.5清洗仪器
将皂化管和大试管用蒸馏水洗净、烘干，容量瓶用蒸馏水洗净，微量注射器洗净并烘干。
电极用去离子水洗净后插入装有去离子水的大试管中。
2数据记录与处理
2.1实验数据记录
测定κt前的准备数据记录如下表：
表1准备数据
M/（mg）
CNaOH/（mol·L-1）
κ0/（S·m-1）
179.8
0.02052
0.329
三次平行κt的数据记录如下表：
表2反应过程中电导率数据记录
第一次测量
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
2
0.258
12
0.179
22
0.158
34
0.148
4
0.231
14
0.173
24
0.155
38
0.146
6
0.210
16
0.168
26
0.153
42
0.144
8
0.197
18
0.164
28
0.151
46
0.142
10
0.187
20
0.160
30
0.150
第二次测量
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
2
0.256
12
0.175
22
0.154
34
0.143
4
0.226
14
0.169
24
0.152
38
0.141
6
0.206
16
0.164
26
0.150
42
0.140
8
0.192
18
0.160
28
0.148
46
0.138
10
0.182
20
0.157
30
0.146
第三次测量
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
t/（min）
κt/（S·m-1）
2
0.254
12
0.173
22
0.153
34
0.143
4
0.224
14
0.167
24
0.151
38
0.141
6
0.205
16
0.163
26
0.149
42
0.139
8
0.191
18
0.159
28
0.147
46
0.138
10
0.181
20
0.156
30
0.145
注：
测定温度均为43.95~44.00℃。
2.2数据处理和速率常数计算
2.2.1第一次测量
图1第一次测量中体系的κt-t图a
a）曲线由OriginPro9.1进行B-Spline拟合得到。
第一次测量数据处理如下：
表3第一次测量数据处理
t/s
κt/（S·m-1）
（κ0-κt）/（S·m-1）
（κ0-κt）/t/（10-4·S·m-1·s-1）
120
0.258
0.071
5.92
240
0.231
0.098
4.08
360
0.210
0.119
3.31
480
0.197
0.132
2.75
600
0.187
0.142
2.37
720
0.179
0.150
2.08
840
0.173
0.156
1.86
960
0.168
0.161
1.68
1080
0.164
0.165
1.53
1200
0.160
0.169
1.41
1320
0.158
0.171
1.30
1440
0.155
0.174
1.21
1560
0.153
0.176
1.13
1680
0.151
0.178
1.06
1800
0.150
0.179
0.99
2040
0.148
0.181
0.89
2280
0.146
0.183
0.80
2520
0.144
0.185
0.73
2760
0.142
0.187
0.68
作κt-（κ0-κt）/t图，如图2（480s之前的数据偏离太大，故舍去）。
图2第一次测量数据的𝜅𝑡-（κ0-κt）/t图
拟合曲线：
y=（0.0265±0.0003）x+（0.1238±0.0004），R2=0.9983。
由电导率与浓度的关系以及二级反应动力学方程，有：
初始浓度a=0.01026mol/L.1/（ka）=（0.0265±0.0003）s.
则可得速率常数k=（0.368±0.004）L·mol-1·s-1.
2.2.2第二次测量
图3第二次测量中体系的κt-t图
第二次测量数据处理如下：
表4第二次测量数据处理
t/s
κt/（S·m-1）
（κ0-κt）/（S·m-1）
（κ0-κt）/t/（10-4·S·m-1·s-1）
120
0.256
0.073
6.08
240
0.226
0.103
4.29
360
0.206
0.123
3.42
480
0.192
0.137
2.85
600
0.182
0.147
2.45
720
0.175
0.154
2.14
840
0.169
0.160
1.90
960
0.164
0.165
1.72
1080
0.160
0.169
1.56
1200
0.157
0.172
1.43
1320
0.154
0.175
1.33
1440
0.152
0.177
1.23
1560
0.150
0.179
1.15
1680
0.148
0.181
1.08
1800
0.146
0.183
1.02
2040
0.143
0.186
0.91
2280
0.141
0.188
0.82
2520
0.140
0.189
0.75
2760
0.138
0.191
0.69
作κt-（κ0-κt）/t图，如图4（480s之前的数据偏离太大，故舍去）。
图4第二次测量数据的𝜅𝑡-（κ0-κt）/t图
拟合曲线：
y=（0.0251±0.0002）x+（0.1207±0.0002），R2=0.9994。
由电导率与浓度的关系以及二级反应动力学方程，有：
1/（ka）=（0.0251±0.0002）s.
又已知初始浓度，故k=（0.388±0.003）L·mol-1·s-1.
2.2.3第三次测量
图5第三次测量中体系的κt-t图
第三次测量数据处理如下：
表5第三次测量数据处理
t/s
κt/（S·m-1）
（κ0-κt）/（S·m-1）
（κ0-κt）/t/（10-4·S·m-1·s-1）
120
0.254
0.075
6.25
240
0.224
0.105
4.38
360
0.205
0.124
3.44
480
0.191
0.138
2.88
600
0.181
0.148
2.47
720
0.173
0.156
2.17
840
0.167
0.162
1.93
960
0.163
0.166
1.73
1080
0.159
0.170
1.57
1200
0.156
0.173
1.44
1320
0.153
0.176
1.33
1440
0.151
0.178
1.24
1560
0.149
0.180
1.15
1680
0.147
0.182
1.08
1800
0.145
0.184
1.02
2040
0.143
0.186
0.91
2280
0.141
0.188
0.82
2520
0.139
0.190
0.75
2760
0.138
0.191
0.69
作κt-（κ0-κt）/t图，如图6（480s之前的数据偏离太大，故舍去）。
图6第三次测量数据的𝜅𝑡-（κ0-κt）/t图
拟合曲线：
y=（0.02422±0.0001）x+（0.1209±0.0002），R2=0.9995
由电导率与浓度的关系以及二级反应动力学方程，有：
T
1/（ka）=（0.02422±0.0001）s.
又已知初始浓度，故k=（0.402±0.001）L·mol-1·s-1.
第一次测量线性拟合效果不如后两次测量，且与后两次结果相差较大，因此将后两次测量所得的速率常数取均值。
得到=（0.395±0.002）L·mol-1·s-1。
换算成以L·mol-1·min-1单位则为=（23.7±0.1）L·mol-1·min-1。
2.2.4乙酸乙酯皂化反应活
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