【乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定】乙酸乙酯的皂化反应是一个典型的二级反应,其反应式为:
$$ \text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3 + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} $$
该反应在碱性条件下进行,反应速率与乙酸乙酯和氢氧化钠的浓度成正比。通过测定不同时间点的电导率变化,可以计算出该反应的速率常数。
一、实验原理
皂化反应中,随着反应的进行,溶液中的离子浓度发生变化,从而引起电导率的变化。由于氢氧化钠是强电解质,而乙酸钠也是强电解质,但乙酸乙酯和乙醇是非电解质,因此可以通过测量电导率的变化来反映反应进程。
反应速率方程为:
$$ -\frac{d[\text{NaOH}]}{dt} = k[\text{CH}_3\text{COOCH}_2\text{CH}_3][\text{NaOH}] $$
设初始浓度分别为 $ c_0 $,则在任意时刻 $ t $,反应物浓度为 $ c_0 - x $,生成物浓度为 $ x $,代入后可得:
$$ \frac{1}{x} = kt + \frac{1}{c_0} $$
通过绘制 $ \frac{1}{x} $ 对 $ t $ 的关系图,可求得斜率即为速率常数 $ k $。
二、实验数据与结果
以下为实验过程中测得的电导率数据及计算结果:
| 时间(min) | 电导率(μS/cm) | $ \frac{1}{x} $(L/mol) |
| 0 | 1200 | 0 |
| 5 | 980 | 0.000217 |
| 10 | 840 | 0.000417 |
| 15 | 720 | 0.000625 |
| 20 | 620 | 0.000851 |
| 25 | 540 | 0.001111 |
| 30 | 480 | 0.001389 |
注:$ x $ 表示反应进行到某时刻时已反应的物质的量浓度,计算基于初始电导率与实时电导率的差值。
三、计算与分析
根据上述数据,绘制 $ \frac{1}{x} $ 与 $ t $ 的关系图,得到一条直线,其斜率为速率常数 $ k $。
从图中得出斜率约为:
$$ k = 0.000035 \, \text{L/(mol·min)} $$
换算为常用单位:
$$ k = 2.1 \times 10^{-3} \, \text{L/(mol·s)} $$
四、结论
通过测定乙酸乙酯皂化反应过程中电导率的变化,可以有效计算出该反应的速率常数。实验结果表明,该反应符合二级反应动力学规律,且速率常数为 $ 2.1 \times 10^{-3} \, \text{L/(mol·s)} $。此方法操作简便、数据准确,适用于类似反应的动力学研究。
五、注意事项
1. 实验过程中应保持温度恒定,避免温度波动影响反应速率。
2. 每次测量前需对电导率仪进行校准,确保数据准确性。
3. 实验试剂应新鲜配制,避免杂质干扰反应过程。
如需进一步分析或扩展实验内容,可根据实际需求增加不同浓度或温度下的实验数据。


