物理化学实验 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(44.000.05)时该反应速率常数为(0.3950.002) Lmol-1s-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(52.52.0) kJmol-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(0.02052molL-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(44.000.05)。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100L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0 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t 用移液管移取25mL氢氧化钠溶液至内管，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t前的准备数据记录如下表：表 1 准备数据M/(mg)CNaOH/(molL-1)0/(Sm-1)179.80.020520.329三次平行t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)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)20.258120.179220.158340.14840.231140.173240.155380.14660.210160.168260.153420.14480.197180.164280.151460.142100.187200.160300.150第二次测量t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)20.256120.175220.154340.14340.226140.169240.152380.14160.206160.164260.150420.14080.192180.160280.148460.138100.182200.157300.146第三次测量t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)t/(min)t/(Sm-1)20.254120.173220.153340.14340.224140.167240.151380.14160.205160.163260.149420.13980.191180.159280.147460.138100.181200.156300.145注：测定温度均为43.9544.00。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t-t图aa）曲线由OriginPro 9.1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 /st/(Sm-1)(0-t)/ (Sm-1)(0-t) / t / (10-4Sm-1s-1)1200.2580.0715.922400.2310.0984.083600.2100.1193.314800.1970.1322.756000.1870.1422.377200.1790.1502.088400.1730.1561.869600.1680.1611.6810800.1640.1651.5312000.1600.1691.4113200.1580.1711.3014400.1550.1741.2115600.1530.1761.1316800.1510.1781.0618000.1500.1790.9920400.1480.1810.8922800.1460.1830.8025200.1440.1850.7327600.1420.1870.68作t - (0-t)/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 - (0-t)/t图拟合曲线：y=(0.02650.0003)x+(0.12380.0004)，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：t=0-tkat+初始浓度a=0.01026 mol/L. 1/(ka)=(0.02650.0003) s.则可得速率常数k=(0.3680.004) Lmol-1s-1.2.2.2 第二次测量图 3 第二次测量中体系的t-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 /st/(Sm-1)(0-t)/ (Sm-1)(0-t) / t / (10-4Sm-1s-1)1200.2560.0736.082400.2260.1034.293600.2060.1233.424800.1920.1372.856000.1820.1472.457200.1750.1542.148400.1690.1601.909600.1640.1651.7210800.1600.1691.5612000.1570.1721.4313200.1540.1751.3314400.1520.1771.2315600.1500.1791.1516800.1480.1811.0818000.1460.1831.0220400.1430.1860.9122800.1410.1880.8225200.1400.1890.7527600.1380.1910.69作t - (0-t)/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 - (0-t)/t图拟合曲线：y=(0.02510.0002)x+(0.12070.0002)，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)=(0.02510.0002) s.又已知初始浓度，故k=(0.3880.003) Lmol-1s-1.2.2.3第三次测量图 5 第三次测量中体系的t-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 /st/(Sm-1)(0-t)/ (Sm-1)(0-t) / t / (10-4Sm-1s-1)1200.2540.0756.252400.2240.1054.383600.2050.1243.444800.1910.1382.886000.1810.1482.477200.1730.1562.178400.1670.1621.939600.1630.1661.7310800.1590.1701.5712000.1560.1731.4413200.1530.1761.3314400.1510.1781.2415600.1490.1801.1516800.1470.1821.0818000.1450.1841.0220400.1430.1860.9122800.1410.1880.8225200.1390.1900.7527600.1380.1910.69作t - (0-t)/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 - (0-t)/t图拟合曲线：y=(0.024220.0001)x+(0.12090.0002)，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：T1/(ka)=(0.024220.0001) s.又已知初始浓度，故k=(0.4020.001) Lmol-1s-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k=(0.3950.002) Lmol-1s-1。换算成以Lmol-1min-1单位则为k=(23.70.1) Lmol-1min-1。2.2.4 乙酸乙酯皂化反应活化能的计算表 6 不同温度下测得速率常数及数据处理T/K