化学化工实验中心物理化学实验课件制作：张跃华 张其平物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数 1、了解二级反应的特点，学会用图解计算法求取 二级反应的速率常数； 2、用电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数， 了解反应的活化能的测定方法。一、实验目的物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数二、实验原理 乙酸乙酯皂化反应是个二级反应，其反应方程式为： CH3COOC2H5 OH CH3COOC2H5OH 乙酸乙酯皂化反应中，参加导电的离子有OH、Na+和 CH3COO 。由于反应体系是很稀的水溶液，可认为 CH3COONa是全部电离的。因此，反应前后Na+的浓度 不变。随着反应的进行，仅仅是导电能力很强的OH离 子逐渐被导电能力弱的CH3COO 离子所取代，致使溶液的电导率逐渐减小。因此，可用电导率仪测量皂化反 应进程中电导率随时间的变化，从而达到跟踪反应物浓 度随时间变化的目的。物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）二、实验原理电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数CH3COOC2H5 OH CH3COO C2H5OHt=0浓度a b 0 0t ax bx x xt 0 0 c c上述二级反应的速率方程可表示为 ： 当ab 时 积分公式为：当 a=b 时 积分公式为：（1）物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）二、实验原理电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数实际上，溶液的电导是反应物NaOH与产物NaAc两种电解质的贡献：（2） 式中：Gt表示t时刻溶液的电导；GNaOH、GNaAc分别表示两电解质的电导与溶液浓度关系的比例常数（在稀溶液中可以认为溶液的电导与溶 液浓度成正比）。 反应开始时电导全部由NaOH贡献，反应完毕电导全部由NaAc贡献。因此（3）（4）（3）-（2）得（2）-（4）得（5 ）（6 ）物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）二、实验原理电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数按Guggenheim法处理数据就可不必先求G0和G （8 ）（9 ）(5)/(6)代入(1)得（7 ） 移项得以Gt对(G0-Gt)/t作图可得一直线。其斜率等于1/ka。由 此可求出反应速率常数k。 将(8)式写成 较t滞后一定时间间隔的动力学方程是： (10)物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）二、实验原理电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数（11 ）(9)-(10) 得以对作图所得直线斜率为ka 从直线的斜率可求出反应速率数k值。如果知道不同温度下的反应 速率常数k(T2)和k(T1)，根据Arrhenius公式，可计算出该反应的活 化能E和反应半衰期。活化能E反应半衰期（12 ）（13 ）物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数三、实验仪器与药品电导率仪(附DJS-1型铂黑电极)1台;电导池1只;恒温水浴1套;停表1只;移液管(15mL)2只;氢氧化钠（AR，现配成0.0200molL-1）乙酸乙酯（AR，现配成0.0200molL-1 ）物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数四、实验步骤 1、启动恒温槽，调节到所需的温度。 2、电导率仪的调节（见附录）。 3、Gt的测定，将铂黑电极浸于蒸馏水中，并置于恒温槽中恒温 ；移取15mL0.0200molL-1的NaOH溶液注入干燥的电导池A管中 ，用另一支移液管移取15ml0.0200molL-1的乙酸乙酯溶液注入电 导池的B管中，两支管的管口均用塞塞紧，以防止乙酸乙酯的挥发 ，恒温10min，在B支管的管口上换上一有孔的塞子，用一洗耳球 将乙酸乙酯迅速压入A支管内与NaOH混和，当乙酸乙酯被压入一 半时开始记时，再将A管中的溶液抽回B管，来回三次使NaOH和 乙酸乙酯溶液充分混和。迅速用滴管吸取混和液若干，将铂黑电 极从恒温蒸馏水中取出并用该混和液淋洗数次。随即将电极放入A 管中测定溶液的电导率。从第6分钟开始读数，每分钟读一次，读 取12个数据。取10min。 4、调节恒温槽温度，在另一个温度下，重复步骤3。物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）t/minGtt+/minGt+Gt- Gt+(Gt+)616717818919102011211222电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数五、数据记录及处理（一）数据记录实验者 实验时间 恒温槽温度室温 大气压：实验前 实验后 物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数五、数据记录及处理（一）数据处理 1、根据测定结果，分别以对作图 2、所得直线斜率为ka，可计算反应速率k1,k2。根据 （12）和（13）分别计算反应的活化能和半衰期。物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数六、注意事项 1、本实验需用电导水，并避免接触空气及灰尘杂质落入。 2、配好的NaOH溶液要防止空气中的CO2气体进入。 3、乙酸乙酯溶液和NaOH溶液浓度必须相同。 4、乙酸乙酯溶液需临时配制，配制时动作要迅速，以减少挥发损失。 5、记录电导率值时，注意单位的换算物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数七、思考题 1、如果NaOH和CH3COOC2H5溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么? 2、清洗铂黑电极时应注意些什么？ 物理化学实验物理化学实验（EXPERIMENTS OF EXPERIMENTS OF PHYSICAL CHEMISTRY） 南通大学南通大学（Nantong UniversityNantong University）电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数八、电导率仪的使用 1、开机：预热30min后进行校正； 2、校正：将量程选择开关指向检查，常数补偿旋钮指向“1”刻度 线，“温度补偿旋钮”指向“25”线，调节校准旋钮，使仪器显示 100.0s/ cm，至此校准完毕； 3、测量 选择电导电极常数，进行电极常数的设置： 将“量程”开关指向“检查”，“温度”补偿旋钮指向“25”度线，调节“ 校准”至仪器显示100s/cm；调节“常数”补偿旋钮，使仪器显示 值与电极所标常数值一致。温度补偿的设置：如果将“温度”补偿旋 钮指向“25”线，那么测量的将是该温度下未经补偿的原始电导率值 ；常数、温度补偿设置完毕后，应将“量程”选择开关按表2置于合 适位置。当测量过程中，显示值熄灭时，说明测量值超过测量范围 ，此时，应切换“选择开关”到上一量档。