用電導法測定乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)是物理化學動力學部分的一個基礎實驗。

目前，大多數(shù)高校都是在乙酸乙酯和氫氧化鈉初始濃度相等的條件下進行皂化反應實驗。但是乙酸乙酯易揮發(fā)，其水溶液會水解;氫氧化鈉又必須是新配制的，要滿足這一條件很難做到。同時，實驗要求溫度恒定，并且要求反應物混合時間短，這種情況較難找到一種適合的反應器。

針對本實驗的問題采取了一些改進措施，主要有兩方面：(1)改進了反應器;(2)改進了反應物的混合方式。改進之后，學生實驗效果良好。乙酸乙酯皂化反應速率常數(shù)測定

1、實驗儀器和試劑

儀器：皂化反應實驗裝置，電子天平(規(guī)格1200g/0.1g)，電子天平(規(guī)格110g/0.1mg)，純水機(UPT-I-20T)，單通道移液器(規(guī)格10-100μL)，磁力攪拌器(78HW-1)，計時器，恒溫反應器(自制)，堿式滴定管(50.00mL)。

試劑：氫氧化鈉(分析純)，乙酸乙酯(分析純)，鄰苯二甲酸氫鉀(分析純)，純水，酚酞指示劑。

2、實驗原理

詳細實驗原理可參見教材，本實驗采用下列速率方程計算速率常數(shù)：

通過實驗測定起始溶液的電導率κ0和不同時間t溶液的電導率κt，以κt對(κ0-κt)/t作圖，得一直線，從直線的斜率可求出反應速率數(shù)k值。使用Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)，可得到直線斜率和相關系數(shù)R。

3、實驗步驟

實驗操作步驟與教材基本相同，下面列出改進后的操作。

①實驗裝置圖

改進后的實驗裝置如下圖所示：反應器內部采用高型燒杯形狀，外部是恒溫夾套;為了使反應器內的溶液有足夠的高度和杯口有足夠的寬度，方便磁子攪拌并放置電導電極與溫度計，反應器內部設計為梯形。杯口用硅膠(或橡膠)塞密封，開3個圓孔，分別為電極插口、溫度計插口和加樣口。

②溶液配制

用精度0.1g天平稱量氫氧化鈉固體，用新鮮純水配制成一定體積的溶液，濃度約為0.01mol/L。用精度0.1mg天平準確稱量鄰苯二甲酸氫鉀，對氫氧化鈉溶液進行濃度標定。得到準確的濃度C0后，用下式計算等摩爾量的分析純乙酸乙酯體積V(μL)：

式中，C0、V0分別為NaOH溶液的濃度和體積;

M1、ρ1、w1分別為分析純乙酸乙酯的分子量、密度、質量分數(shù)。

③κ0及κt的測定

(1)用乳膠管連接恒溫水浴，開啟恒溫水浴，設定溫度。

(2)用大肚移液管準確量取50.00mL氫氧化鈉溶液置于反應器中，磁力攪拌器緩慢攪拌，溫度恒定后，測定電導率κ0。

(3)計算出所需乙酸乙酯的用量，用量程為10~100μL的移液器量取。

(4)將磁力攪拌器速度開到Z大，取下橡膠塞加入乙酸乙酯，同時計時，然后塞上橡膠塞。

(5)持續(xù)快速攪拌約1min后，將攪拌速度減慢，保持慢速均勻攪拌。然后依次記錄2，4，6，8，10，12，15，20，15，20，25，30，35，40min時刻的電導率κt。

(6)清洗實驗用品，用Origin軟件處理實驗數(shù)據(jù)。乙酸乙酯皂化反應實驗結果

1、改進措施

通常實驗教材的方案需要配制0.02mol/L、0.01mol/L的氫氧化鈉溶液和0.02mol/L的乙酸乙酯溶液，但是乙酸乙酯微溶于水且其水溶液會水解，水解產物為乙酸(CH3COOH)和乙醇(C2H5OH)。雖然消耗氫氧化鈉的量沒變，但是乙酸與氫氧化鈉的反應速率極快，會造成電導率急劇減小，引起較大的誤差。

有教材使用微量注射器量取乙酸乙酯注入裝有氫氧化鈉溶液的錐形瓶中，手搖混合。有教材采取玻璃泡封裝乙酸乙酯置入氫氧化鈉溶液中后，壓破玻璃泡搖動反應器混合反應物。這種加樣方式能夠避免乙酸乙酯水解，但是量取工具不夠精確或者操作麻煩，并且所采用的反應器不方便恒溫。

基于以上原因，改進反應器，可以方便地控制和測量反應溫度。使用微量移液器量取分析純乙酸乙酯加入到0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，體積一般在0.05~0.10mL。微量移液器具有準確性高和重復性好特點，近年來廣泛用于生物、化學實驗室，常用來精確量取小容量液體。為了更快地使反應物混合均勻，本實驗使用了磁力攪拌器，在加乙酸乙酯前將攪拌速度調到很大，加入乙酸乙酯后繼續(xù)快速攪拌1.5min。

改進后實驗操作的優(yōu)點在于：(1)不再配制乙酸乙酯水溶液，可以避免乙酸乙酯水解對實驗造成不利的影響;(2)只需配制0.01mol/L的氫氧化鈉溶液，可以忽略加入乙酸乙酯后的體積變化，因此不必更換溶液而方便測得κ0。(3)采用磁力攪拌器混合反應物，比其他混合方式更方便。

2、學生實驗結果

學生實驗均獲得了良好的實驗效果，大部分同學擬合數(shù)據(jù)的相關系數(shù)R≥0.999，速率常數(shù)也接近于文獻值。

上表是A組同學的實驗原始數(shù)據(jù)，用Origin軟件對上表數(shù)據(jù)進行計算擬合，結果如下圖所示。

從上圖可以得知，A組同學的數(shù)據(jù)處理結果為：相關系數(shù)R=0.99997，斜率為16.19495=1/(C0·k)，計算速率常數(shù)k=6.6610L·mol-1·min-1，與文獻值6.4254L·mol-1·min-1較為接近。

上表是B組同學的實驗原始數(shù)據(jù)，用Origin軟件對上表數(shù)據(jù)進行計算擬合，結果如下圖所示。

從上圖可以得知，B組同學的數(shù)據(jù)處理結果為：相關系數(shù)R=0.99997，斜率為19.90444，計算速率常數(shù)k=5.4196L·mol-1·min-1，與文獻值5.3039L·mol-1·min-1較為接近。

從以上結果可以看出，本實驗改進了反應器和反應物的混合方式后，具有以下優(yōu)點：(1)可以方便地控制實驗溫度和混合反應物;(2)學生能夠得到較為準確的速率常數(shù)和較好的擬合相關系數(shù)。

2018-09-14 7696次 熱門標簽：