【目的要求】

1.用电导率仪测定乙酸乙酯皂化反应进程中的电导率。
2.学会用图解法求二级反应的速率常数，并计算该反应的活化能。
3.学会使用电导率仪和恒温水浴。

预习要求
1.了解电导法测定化学反应速率常数的原理。
2.如何用图解法求二级反应的速率常数及如何计算反应的活化能。
3.了解电导率仪和恒温水浴的使用方法及注意事项。

【基本原理】

　　乙酸乙酯皂化反应是个二级反应，其反应方程式为

CH3COOC2H5　+　Na　+　OH　-→　CH3COO　+　Na　+　C2H5OH

　　 当乙酸乙酯与氢氧化钠溶液的起始浓度相同时，如均为a，则反应速率表示为

　－－－－－－（１）

　　式中，x为时间t时反应物消耗掉的浓度，k为反应速率常数。将上式积分得

　－－－－－－（２）

　　起始浓度a为已知，只要由实验测得不同时间t时的x值，以对t作图，应得一直线，从直线的斜率m(=ak)便可求出k值。

　　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。
　　令G0为t=0时溶液的电导，Gt为时间t时混合溶液的电导，G∞为t=∞(反应完毕)时溶液的电导。实质上，G0是NaOH溶液浓度为a时的电导值，Gt是NaOH溶液浓度为（a-x）时的电导值GNaOH与CH3COONa溶液浓度为x时的电导值GCH3COONa之和，G∞则是CH3COONa溶液浓度为a时的电导值。

CH3COOC2H5　　　+　　OH　　-→　　CH3COO　　　+　　C2H5OH

　　浓度值　　t = 0 　　 　　　　　　　　　　　　a　　　　　　 　０　　　　　　　　　　　
　　　　　　　t = t 　　　 　　　　　　　　　　a - x　　　　　 x 　　　　 　　　　　　　
　　　　　　　t = 　　　　　　　　　　　　　　０　　　　　　　 a　

　　　　　　　　　　　
　　在稀溶液中，溶液的电导与电解质的溶液茂正比，因此有：　　　　　　　　　　

　　即：　

　　即：

　　由此，Gt可以表示为：

　　　　　Gt　＝　GNaOH　＋　GCH3COONa　＝　　－－－－－－－－（３）

则：　　　　　　

　　　　　　　　　　　　　所以：　　　　　－－－－－－－－－－－（４）

　　将上式（４）代入（２）式，得：　　　　　

　　重新排列得:　　　　　　　　　　 －－－－－－－－－－－－（５）

　　因此，只要测不同时间溶液的电导值 Gt 和起始溶液的电导值 G0，然后以 G t对 　作图应得一直线，直线的斜率为１／ak ，由此便求出某温度下的反应速率常数 k 值。由电导与电导率κ的关系式:代入(5)式得:

－－－－－－－－－－（6）

　　通过实验测定不同时间溶液的电导率κt和起始溶液的电导率κ0，以κt对 作图，也得一直线，从直线的斜率也可求出反应速率数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。

－－－－－－－－－－－（７）

【仪器和试剂】

　　1.仪器 ： 电导率仪(附DJS-1型铂黑电极)　1台;　　　　　恒温混合器　　　　　1只;　　　　　停表　　　　　1块;

　　　　　　　恒温水浴　　　　　　　　　　　1套;　　　　　移液管(50mL)　　　　3只;　　　　　移液管(1mL)　　1支;

　　　　　　　容量瓶(250mL)　　　　　　　　1个;　　　　　磨口三角瓶(200mL)　　5个。
　　　　　　　　　　　　

2.药品 ：NaOH水溶液(0.0200mol·dm-3);　　　　　　　乙酸乙酯(A.R.);　　　　　电导水(κ<1x10-4S.m-1)

【实验步骤】 　　

1.配制溶液 ：
　　配制与NaOH准确浓度(约0.0200mol·dm-3)相等的乙酸乙酯溶液。
　　其方法是:找出室温下乙酸乙酯的密度，进而计算出配制250mL0.0200mol·dm-3(与NaOH准确浓度相同)的乙酸乙酯水溶液所需的乙酸乙酯的毫升数V，然后用lmL移液管吸取VmL乙酸乙酯注入250mL容量瓶中，稀释至刻度，即为0.0200mol·dm-3的乙酸乙酯水溶液。
2.调节恒温槽
　　将恒温槽的温度调至(30.0±0.1)℃［或(40.0±0.1)℃］。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
3.调节电导率仪
　　第一、 温补旋钮 调在实验实际温度处
　　第二、 校正——测量旋钮 调在温补处，校正电导率仪的电导电池常数。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
4.30℃时溶液起始电导率κ0的测定（可在测量κt实验过程中间插入进行）
　　在干燥的200mL磨口三角瓶中，用移液管加入25mL0.0200mol·dm-3的NaOH溶液和同数量的电导水，混合均匀后，倒出少量溶液洗涤电导池和电极，然后将剩余溶液倒入电导池 (盖过电极上沿约2cm)，恒温约15min，并轻轻摇动数次，然后将电极插入溶液，测定溶液电导率，直至不变为止，此数值即为κ0,测定三次，取平均值。测定完溶液盖好保存，备用测定40℃下的电导率κ0。　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
5.反应时电导率κt的测定(30.0±0.1)℃

先洗净烘干恒温混合器，然后分别用移液管取5mL0.0200mol·dm-3的CH3COOC2H5和5mL0.0200mol·dm-3的NaOH，分别从Ａ口和Ｂ口装入混合器中，再从Ｂ口插入电导电极。置混合器于恒温槽中，待恒温15min，从Ａ管口鼓气使Ａ溶液进入Ｂ中，当进入一半时，按下停表记时开始记录反应时间，待溶液全总部进入Ｂ后，继续鼓气使两溶液在Ｂ中混合均匀。并立即开始测量其电导率值，记录时间t及电导率κ值。继续在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min各测电导率一次，记下kt和对应的时间t。

如果不使用恒温混合器，可使用三角锥瓶代替，方法如下：　

　　用移液管移取25mL0.0200mol·dm-3的CH3COOC2H5，加入干燥的200mL磨口三角瓶中，用另一只移液管取25mL0.0200mol·dm-3的NaOH，加入另一干燥的100mL磨口三角瓶中。将两个三角瓶置于恒温槽中恒温15min，并摇动数次。同时，将电导池从恒温槽中取出，弃去上次溶液，用电导水洗净。将温好的NaOH溶液迅速倒入盛有CH3COOC2H5的三角瓶，同时开动停表，作为反应的开始时间，迅速将溶液混合均匀，并用少量溶液洗涤电导池和电极，然后将溶液倒入电导池(溶液高度同前)，测定溶液的电导率κt，在4min、6min、8min、10min、12min、15min、20min、25min、30min、35min、40min各测电导率一次，记下kt和对应的时间t。

6.另一温度（40℃）下κ0和κt的测定
　　调节恒温槽温度为(40.0±0.1)℃。重复上述4、5步骤，测定另一温度下的κo和κt。但在测定κt时，按反应进行4min、6min、8min、10min、12min、15min、18min、21min、24min、27min、30min测其电导率。实验结束后，关闭电源，取出电极，用电导水洗净并置于电导水中保存待用。

【数据记录与处理】

１、实验数据记录　　

室温： 　　　℃　　大气压力：　　　　　　pa　 κ0 (30℃) 　　　　　。 κ0 (40℃) 　　　　　。

1.将t，κt， 数据列表。

溶液温度：30℃

序号	t(min)	κt	κ0－κt	(κ0－κt)/t
1	第１次实际测量时间	0	0	0
2	4	0	0	0
3	6	0	0	0
4	8	0	0	0
5	10	0	0	0
6	12	0	0	0
7	15	0	0	0
8	20	0	0	0
9	25	0	0	0
10	30	0	0	0
11	35	0	0	0
12	40	0	0	0

溶液温度：４0℃

序号	t(min)	κt	κ0－κt	(κ0－κt)/t
1	第１次实际测量时间	0	0	0
2	4	0	0	0
3	6	0	0	0
4	8	0	0	0
5	10	0	0	0
6	12	0	0	0
7	15	0	0	0
8	18	0	0	0
9	21	0	0	0
10	24	0	0	0
11	27	0	0	0
12	30	0	0	0

2.以两个温度下的κt对(κ0-κt)/t作图，分别得一直线。利用两直线上求取两温度下的κ∞。
3.由直线的斜率分别计算两温度下的速率常数k和反应半衰期t1/2。
4.由两温度下的速率常数，按Arrhenius公式，计算乙酸乙酯皂化反应的活化能。

　

【思考与讨论】

　　1.为什么以0.0100mol·dm-3　NaOH溶液的电导率就可认为是κ0?
　　2.该实验用电导率法测定的依据是什么？如果NaOH和CH3COOC2H5溶液为浓溶液时，能否用此法求k值，为什么?
　　3. 使用电导仪时为什么先要选择量程，怎样选择？
　　4．清洗铂黑电极时应注意些什么？
　　5．如何直接测量两温度下反应的κ∞？

【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