1、乙酸乙酯皂化反應速率常數影響因素的研究摘要：本實驗主要研究鹽效應、超聲波效應對乙酸乙酯反應速率常數的影響。采用電導法，pH酸度法測定乙酸乙酯反應速率常數，通過與文獻值比較，得出最佳測定方法。實驗分別在25和30下進行，由電導率測得的反應速率常數為6.74和9.51，比pH酸度法測得的數值8.02和13.55更接近文獻值6和9，由此得出，電導法優于pH法；由電導法來研究鹽效應和超聲波效應的影響，得出鹽效應、超聲波效應對乙酸乙酯反應速率常數都有影響，它們均使其減小。關鍵字：電導法 pH酸度法 鹽效應 超聲波效應 正文1、 前言乙酸乙酯皂化反應在工業中有著重要應用。研究影響乙酸乙酯皂化反應速率常數的

2、因素有重要意義，可以知道如何控制反應條件，提高主反應的速率，以增加化工產品的產量；可以知道如何抑制或減慢副反應的速率，以減少原料的消耗，減輕分離操作的負擔，并提高產品的質量；可以為科研成果的工業化進行最有設計和最優控制，為現有的生產選擇提供最適宜的操作條件【1】。乙酸乙酯造化反應是典型的二級反應，受溫度、鹽效應、磁效應（微波、超聲波、磁鐵場）等的影響。目前溫度的影響文獻中顯見報道，但鹽效應、超聲波效應對它的影響文獻中鮮有報道。基于這種現狀，本實驗主要研究鹽效應及超聲波效應對乙酸乙酯皂化反應的影響。試驗中測定的方法有電導法和pH酸度法。2、 實驗部分2.1 實驗儀器與試劑【實驗儀器】電導儀（DD

3、S-307，上海雷磁公司）臺式酸度計（PH211，HANNA公司）精密恒溫水槽（DF-02，南京舫奧科技有限公司）超聲波儀（SK-5200LH，上海科導超聲儀器有限公司）秒表【實驗試劑】0.0400mol/LNaOH溶液0.0400mol/L 新配置的CH3COOC2H5溶液（分析純）0.0400mol/L NaCl溶液，蒸餾水2.2 實驗方法2.1.1 電導法【2】2.1.1.1 原理乙酸乙酯皂化反應是二級反應，其方程式為：CH3COOC2H5 + NaOHCH3COONa + C2H5OH氫氧根的電導率大，醋酸根電導率小。因此，在反應進行的過程中，電導率大的氫氧根逐漸被電導率小的醋酸根取代

4、，溶液電導率明顯降低。對稀溶液而言，強電解質的電導率L與其濃度成正比，而且溶液的總電導率就等于組成該溶液的電解質電導率之和。因此可用電導率儀測量反應進程中的電導率，根據Lo和（Lo-Lt）/t之間的線性關系算出斜率，從而算出反應速率常數k。2.1.1.2實驗步驟：1）恒溫水槽調節溫度為25度2）打開電導儀，調整儀器3）取3只叉形電導池，分別加入15mL蒸餾水和15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒溫水槽中恒溫10分鐘。4）用電導儀測定已恒溫的蒸餾水與NaOH混合溶液的電導率Lo。將另外兩只叉

5、形電導池的溶液均勻混合并計時，在第4分鐘時插入電導電極，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分鐘時測定記錄電導率Lt。5）用Excel處理數據，平行2次測定。6）調節恒溫水槽溫度為30度，重復上述3）4）5）步驟測定記錄處理數據。2.1.2 pH酸度法【3】2.1.2.1 原理乙酸乙酯皂化反應方程式為：CH3COOC2H5 + NaOHCH3COONa + C2H5OH產物中NaOH呈堿性，其堿性比產物CH3COONa強。在反應進行的過程中，NaOH的濃度逐漸減小，溶液堿性明顯降低，pH變小。這樣用嚴格方法測定溶液的pH值得方法的到各個時刻溶液中的氫氧根濃度，根據其變化

6、可得到反應速率常數k。2.1.2.2 實驗步驟1）調節恒溫水槽溫度為25度2）打開pH酸度計，調整儀器3）取2只叉形電導池，分別加入15mL0.0400mol/L的NaOH溶液、15mL0.0400mol/L乙酸乙酯溶液，放入恒溫水槽中恒溫10分鐘。4）將兩只叉形電導池的溶液均勻混合并計時，在第4分鐘時插入酸度計探棒，并在第6、8、10、12、14、17、20、23、27、31分鐘時測定記錄pH值。5）用Excel處理數據，平行2次測定。6）調節恒溫水槽溫度為30度，重復上述3）4）5）步驟測定記錄處理數據。3、 結果與討論3.1 皂化反應速率常數測定方法比較 求反應速率的方法很多，歸納起來有

7、化學分析法及物理化學分析法兩類。化學分析法是在一定時間取出一部分式樣，使用驟冷或取去催化劑等方法使反應停止，然后進行分析，直接求出濃度。這種方法雖設備簡單，但是時間長，比較麻煩。物理化學分析法有旋光、折光、電導、分光光度等方法，根據不同情況可用不同儀器。這些方法的優點是實驗時間短，速度快，可不中斷反應，而且還可采用自動化的裝置。但是需要一定的儀器設備，并只能得出間接的數據，有時往往會因為某些雜質的存在而產生較大誤差。【4】 為得到最佳方法本實驗采用電導法與pH酸度法來測出值，進行方法比較。其結果如圖a1-a8。注：電導法圖橫坐標為（Lo-Lt）/t，縱坐標為Lt；pH酸度法圖橫坐標為t,縱坐標

8、為10（14-pH） 圖a1 25電導法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一） 圖a2 25電導法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二） 圖a3 30電導法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一）圖a4 30電導法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二） 圖a5 25 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一）圖a6 25 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二）圖a7 30 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一）圖a8 30 pH酸度法測乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二）由圖可得表如下：電導法pH酸度法溫度（）25302530k16.609.647.2313.53k26.889.37 8.8013.5

9、6平均k6.749.518.0213.55文獻值6969相對誤差12.33%5.67%33.67%50.56% 由表比較可知，電導法測出值的相對誤差比pH酸度法測出的小，優于pH酸度法。所以接下來的實驗采用電導法。實驗測得乙酸乙酯皂化反應速率常數30下為9.51。3.2 影響因素研究 由文獻可知，乙酸乙酯皂化反應速率常數受很多因素影響，其中鹽效應、超聲波效應對其影響文獻中鮮見報道，基于此，本實驗對其進行研究。3.2.1 鹽效應對k的影響研究鹽效應對乙酸乙酯皂化反應速率常數的影響，實驗由電導法得出結果如圖b1-b4： 圖b1 30 2mL0.0400mol/L NaCl鹽效應對乙酸乙酯皂化反應常

10、數影響曲線圖（一）圖b2 30 2mL0.0400mol/L NaCl鹽效應對乙酸乙酯皂化反應常數影響曲線圖（二）圖b3 30 4mL0.0400mol/L NaCl鹽效應對乙酸乙酯皂化反應常數影響曲線圖（一）圖b4 30 4mL0.0400mol/L NaCl鹽效應對乙酸乙酯皂化反應常數影響曲線圖（二）由圖b1-b4可得下表：30/k=9.512mL4mLk110.208.80k27.768.45平均k8.988.63由表可知，鹽效應使乙酸乙酯皂化反應速率常數減小，并且加入的鹽溶液濃度越大，乙酸乙酯皂化反應速率常數越小。在稀溶液中，lgK2zAzBI(1/2)為直線關系，其中zA，zB加入鹽

11、在溶液中的帶電量。加入的鹽為NaCl，則zAzB=-10，反應速率隨離子強度增加而減小，既加入的鹽溶液越多，鹽溶液濃度越高，反應速率常數越小。【5】3.2.2 超聲波對k的影響研究超聲波對乙酸乙酯皂化反應速率常數的影響，實驗得出結果如圖c1-c4：圖c1 30°C，頻率59HZ，功率70%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一）圖c2 30°C，頻率59HZ，功率70%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二）圖c3 30°C，頻率59HZ，功率100%的超聲波下，乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（一）圖c4 30°C，頻率59HZ，功率100%的超聲波

12、下，乙酸乙酯皂化反應常數曲線圖（二） 由圖c1-c4可得下表：30/k=9.5159HZ 70%59HZ 100%k19.108.63k29.209.32平均k9.158.98由表可知，超聲波效應使乙酸乙酯皂化反應速率常數減小，并且頻率不變時，功率越大，乙酸乙酯反應速率常數越小。由文獻可知，微波可以促進乙酸乙酯皂化反應速率加快。文獻中未有涉及超聲波的影響，本實驗通過相同條件下采用電導法測定超聲波處理下的乙酸乙酯皂化反應的速率常數與未經超聲波處理的進行比較，發現超聲波處理能使乙酸乙酯皂化反應速率常數減小。4、 小結經過實驗證明電導率測得反應速率常數比pH酸度法測得的更接近真實值，所以采用電導法測反應速率常數。鹽效應、超聲波效應對乙酸乙酯皂化反應速率常數均有影響。鹽溶液濃度越高，乙酸乙酯皂化反應速率常數越小；超聲波頻率不變時，功率越大，乙酸乙酯反應速率常數越小。參考文獻：【1】天津大學物理化學教研室編，李松林等修訂·物理化學·高等教育出版社2009年5月（第五版）第507頁【2】孫爾康等編·物理化學實驗·南京大學出版社，