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24 26 28 1.79 1.75 1.75 0.61 0.65 0.65 0.0254 0.0250 0.0232
κt对(κ0 –κt)/t作图,舍去前6分钟的三个数据点,得图2.得出拟合曲线的方程为y=11.64x+1.470,斜率为11.1964。根据式④
则有
=11.64,已知初始浓度c0=0.01mol/L,求得34.9℃温度下,速率常数
=8.5911L·mol-1·min-1。
5.3求乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Ea
由5.1、5.2分别求算出25.4℃时,速率常数在34.9℃时,速率常数
=7.7942L·mol-1·min-1,而
=8.5911L·mol-1·min-1。根据公式⑤
可求得乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Ea=7.83kJ/mol
六、注意事项
(1)配置好的乙酸乙酯溶液要做好储存工作,以防挥发,影响实际浓度。 (2)配好的NaOH溶液要防止空气中的CO2气体进入。
(3)电极每测定一次电导率,都要用去离子水冲洗,并用滤纸擦干再进行下一次测量。
(4)温度对反应速率及溶液电导率的影响颇为显著,应严格控制恒温。
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七、分析与讨论
7.1误差分析
本次实验测定的实验结果为: 25.4℃时,反应速率常数34.9℃时,反应速率常数
=7.7942L·mol-1·min-1, =8.5911L·mol-1·min-1。
乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Ea = 7.83kJ/mol 与文献值相比:
25℃时,反应速率常数为6.4254 L·mol-1·min-1, 35℃时,反应速率常数为11.9411 L·mol-1·min-1, 乙酸乙酯皂化反应的表观活化能Ea = 46.1kJ/mol
分析上述实验数据,实验值与文献值有一定的差距,特别是活化能,与文献值相差了将近7倍。以下进一步分析实验过程中的误差来源:
(1)乙酸乙酯与氢氧化钠的浓度的准确性。本实验中所用到的乙酸乙酯溶液和氢氧化钠溶液均为0.02mol/L,溶液为人工配制,移液管、容量瓶等量器的使用必然存在一定的系统误差。
(2)溶液配制完待用或者取用的过程,都有可能导致溶液浓度或者性质发生改变。例如NaOH溶液容易吸收空气中的CO2生成Na2CO3,乙酸乙酯挥发性很强,取用过程中很容易发生挥发。这些因素都会改变反应物的浓度,对电导率的测定产生影响。
(3)温度。一般对于溶液来说,温度升高时电导率会增大。故在反应过程中应保持体系处于恒温状态。本实验中使用接触式温度计来调节恒温槽的温度,相对于数控的超级恒温槽来说,接触式温度计的反应存在一定的滞后性,这种方法使得恒温槽内的水温波动较大。 7.2实验改进建议
乙酸乙酯皂化反应常数的测定一般会用到电导法。目前来说,通常是采用乙酸乙酯和氢氧化钠初始浓度相等的条件下进行皂化反应的。但是由于乙酸乙酯极易挥发, 氢氧化钠又极易吸收空气中的CO2发生化学变化,两者的浓度难以保持不变。另外有一种方法是,采用了两种反应物初始浓度不相等的条件下进行皂化反应, 即实验中不需要知道准确乙酸乙酯的初始浓度, 只要求其初始浓度略低于氢氧化钠的浓度即可。待皂化反应结束后, 用酸度计测定该体系剩余的氢氧化钠浓度, 就可以进行数据处理。这样既节省了时间, 又简化了实验步骤, 使测量结果更准确。
八、提问与思考
8.1为何本实验要在恒温条件下进行,而乙酸乙酯和氢氧化钠溶液在混合前还要预先恒温?
因为速率常数受温度的影响很大,实验过程必须保持恒温。而在乙酸乙酯与
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氢氧化钠混合前就将两种液体预先恒温,是为了保证两溶液在混合时已经处于同一温度,保证实验结果的准确性。
8.2为什么乙酸乙酯和氢氧化钠起始浓度必须相同,如果不同,试问怎么计算k值?
因为乙酸乙酯的皂化反应是二级反应,乙酸乙酯和氢氧化钠起始浓度相同时计算比较方便。如果浓度不等,则要用到以下公式,计算相对麻烦。
8.3有人提出用pH法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数,此法可行吗,为什么? 乙酸乙酯皂化反应属二级反应, 它是目前测量反应速率常数实验教学最常使用的例证。该反应的反应方程为: CH3COOC2H5+ NaOH==CH3COONa + C2H5OH。反应速率方程为: v = dx / dt= k ( a- x ) ( b - x ) , 当初始浓度相同, 即a= b 时, 对该式积分简化得: k=x( ta) ( a- x ), 设t 时刻溶液的pH 值为E( t ) , 则此时溶液中OH- 的浓度为Ct( OH-)= 10( pH- 14) , 即a- x = 10( pH- 14) , 则ka= [a- 10( pH- 14) ] / [ t × 10( pH- 14) ]。所以用a- 10( pH- 14) 对t×10( pH- 14) 作图, 可得到一条直线, 该直线的斜率m = ka 即k = m / a。
九、参考文献
[1]何广平,南俊民等. 物理化学实验[M]北京:化学工业出版社,2007,106-108. [2]易回阳,陆江林等. 电导法测定皂化反应速率常数的影响因素[J]. 湖北师范学院学报(自然科学版),2001.21(4):56-59.
[3]王晓菊,陈瑞战. 电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的实验改进[J]. 长春师范学院学报,1999,18(5):25-26.
[4] 邵水源,刘向荣等. pH 值法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数[J]. 西安科技学院学报,2004.24(2):196-199.
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