Transcript 乙酸乙酯皂化反应
实验123 乙酸乙酯的合成、含量测定 及皂化反应速率常数的测定 123.1 实验要求 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 (1) 掌握乙酸乙酯的合成及含量测定的基本原理。 1/17 (2) 掌握电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数， 学会用作图法求二级反应的速率常数及活化能。 在线答疑：[email protected] [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 反应式： H2H SO 2SO 4 4 CH CHCH 3COOH+ +CH 3CH 2OH 3COOH 3CH 2OH 110~120¡æ 110~120¡æ CH CH 3COOC 3COOC 2H25H5 + + H2HO2O 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 2/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 在线答疑：[email protected] [email protected] 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 123.2 实验原理 (1) 在少量酸催化下，乙酸和乙醇通过酯化反应生 成乙酸乙酯。 (2) 中和滴定法测定乙酸乙酯含量 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 将定量乙酸乙酯试样加入定量且过量的KOH溶液进 3/17 行水解，待皂化反应完毕后，用中和滴定法返滴定剩余 的KOH； 计算皂化后产生的乙酸的量，继而计算出试样中乙 酸乙酯的量，以测定产品的纯度。 在线答疑：[email protected] [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 (3) 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。 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 4/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 乙酸乙酯皂化反应属二级反应，其计算公式： kt=1/(k·t·c0)×(k0-kt)+L∞ 作kt～(k0-kt)/t直线关系图，其斜率等于1/(k·c0)。 由此可求得反应速率常数k。 根据阿仑尼乌斯公式，反应活化能Ea可由下式求出： k2 Ea (T2 T1 ) ln k1 RT1T2 式中：k1、k2分别为温度T1、T2时反应的速率常数。 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 5/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 123.3 操作流程 1. 合成及纯化 5 mL乙醇与 5 mL浓硫酸混匀 20 mL 95%乙醇和14.3 mL冰醋酸的混合溶液 三口烧瓶 乙酸乙酯 合成样 蒸馏，收集74～ 84 ℃ 馏分 滴加 加热反应瓶，待 瓶内温度120℃ 乙酸乙 酯粗品 保持反应温度在 120～125 ℃之间 饱和碳酸钠 溶液中和 加料约1 h，使 V加料≈V馏出 继续加热约 10 min 馏出液 无水碳酸 饱和氯化钙 钾干燥 溶液洗涤 在线答疑：[email protected] 饱和NaCl 溶液洗涤 [email protected] 6/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 2. 乙酸乙酯含量的测定 取量 滴定 皂化 过量KOH 指示剂 7/17 空白试验 在线答疑：[email protected] 计算 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 3. 乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定 (1) 配制溶液 (2) 调节恒温槽 (3) 调节电导率仪 (4) 溶液起始电导率k0的测定 (5) 反应时电导率kt的测定 (6) 另一温度下k0和kt的测定 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 8/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 数据处理: (1) 数据记录，计算(k0-kt)/t的结果，作kt ～(k0- kt)/t 关系图； (2) 计算直线斜率，由此求反应速率常数k； (3) 求出皂化反应的Ea，与文献值比较。 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 9/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 文献值： 在25 ℃下，氢氧化钠浓度，乙酸乙酯浓度均为 0.02 mol·L-1 ，其反应速率常数: k=6.4（mol·L-1）-1·min-1 其中反应速率常数与温度的关系式为： 1780 lg k 0.00754 T 4.54 T 乙酸乙酯皂化反应的活化能: Ea=27.3 kJ·mol-1 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 10/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 123.4 注意事项 (1) 反应温度不宜过高，以减少副产物生成； (2) 进行酯化反应时，滴加速度和馏出速度大体一致； (3) 乙酸乙酯可与水或乙醇生成二元或三元共沸物，其 形成对馏出物的沸程有影响。 (4) 皂化要完全，平行滴定3次的条件要一致； (5) 注意电导率仪的构造及其使用方法； (6) 严格控制恒温的温度； (7) 严格配制溶液的浓度，保证氢氧化钠与乙酸乙酯的 浓度相等，否则反应速率常数计算公式将发生变化。 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 11/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 123.5 问题讨论 (1) 酯化反应有何特点？本实验如何创造条件使酯 化反应尽可能向生成物方向进行？ (2) 简述电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及 12/17 活化能的原理。 (3) 如何从实验结果来证明乙酸乙酯皂化反应为二 级反应？ 在线答疑：[email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 123.6 参考答案 (1) 酯化反应有何特点？本实验如何创造条件使酯 化反应尽可能向生成物方向进行？ 答：酯化反应式——可逆平衡反应，受温度、催化 剂、反应物的量等因素较大。本实验采用加入过量的乙 醇。并将生成的产物及时与反应体系分离的方式。 在线答疑：[email protected] [email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 13/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 (2) 简述电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数及 活化能的原理。 答：乙酸乙酯皂化反应是个典型的二级反应。设反 应物起始浓度均为c0，经时间t后产物的浓度为x。 CH3COOC2 H5 NaOH CH3COONa C2 H5OH t=0 t=t t=∞ c0 c= c0 -x 0 c0 c= c0 -x 0 0 x c0 dx 该反应的速率方程为： k (c0 x) 2 dt 1 1 积分得： (1) kt c0 x c0 在线答疑：[email protected] [email protected] 0 x c0 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 14/17 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 电导法测量皂化反应中电导k随时间t的变化。 设k0、kt、k∞ 分别代表时间为0、t、∞时溶液的电 导，在稀溶液下，乙酸乙酯皂化反应，在不同反应时刻， 其电导率与浓度的满足以下关系： k0 c0 (t 0) 15/17 k c0 (t ) kt (c0 x) x (t t ) (2) 式中：α、β——与温度、溶剂、电解质NaOH及NaAc的 性质有关的比例常数。 在线答疑：[email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 由（2）式得： x( k 0 kt )c0 k0 k 将上式代入（1）得： kt 1 k 0 kt k c0 k t 作kt～(k0-kt)/t 直线关系图，从斜率1/(k·c0)求 出反应速率常数k。 根据阿仑尼乌斯公式，反应活化能Ea可由下式求 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 16/17 出： ln k2 Ea (T2 T1 ) k1 RT1T2 式中：k1、k2分别为温度T1、T2时反应的速率常数。 在线答疑：[email protected] [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定 (3) 如何从实验结果来证明乙酸乙酯皂化反应为二级反 应？ 答：二级反应是反应速率与两个反应物浓度的乘积成正 比，也就是与反应物浓度的二次方成正比的化学反应。 二级反应的反应速率方程式为： dx dt k (a x)(b x) a与b分别为反应物开始时的浓度， x 为生成物的浓度。 若a＝b，dx dt k ( a x) 17/17 2 以1/a-t 对 t 作图，得一直线。这是二级反应的特征 。 本实验中，若皂化反应为二级反应，则 1 k 0 kt kt k c0 k t 以 kt ～(k0-kt)/t作图，为直线关系，则证明其为二级反 应。 在线答疑：[email protected] 大 学 通 用 化 学 实 验 技 术 [email protected] 及 皂 化 反 应 速 率 常 数 的 测 定 乙 酸 乙 酯 的 合 成 、 含 量 测 定