乙酸乙酯与氢氧化钠皂化反应活化能之探究
一、引言
化学动力学中，反应活化能是关键参数，其对理解反应机理及速率影响深远。乙酸乙酯与氢氧化钠的皂化反应，作为经典化学反应，深入探究其活化能意义重大。此反应在诸多领域广泛应用，明晰其活化能对优化反应条件、提升反应效率颇为关键。

二、实验原理
乙酸乙酯（$CH_3COOC_2H_5$）与氢氧化钠（$NaOH$）的皂化反应为二级反应，反应方程式如下：
$CH_3COOC_2H_5 + NaOH \longrightarrow CH_3COONa + C_2H_5OH$
在反应过程中，反应物浓度随时间变化遵循二级反应动力学方程。通过测量不同温度下反应速率，依据阿伦尼乌斯公式：
$k = A e^{-\frac{E_a}{RT}}$
其中$k$为反应速率常数，$A$为指前因子，$E_a$为活化能，$R$为气体常数，$T$为绝对温度。对该公式取对数可得：
$\ln k = \ln A - \frac{E_a}{RT}$
通过测定不同温度$T$下的速率常数$k$，以$\ln k$对$\frac{1}{T}$作图，可得一直线，直线斜率为$-\frac{E_a}{R}$，由此可计算出反应的活化能$E_a$。

三、实验材料与方法
（一）实验材料
1. 乙酸乙酯（分析纯）
2. 氢氧化钠（分析纯）
3. 蒸馏水
4. 恒温水浴锅
5. 电导率仪
6. 移液管、容量瓶、锥形瓶等玻璃仪器

（二）实验步骤
1. **溶液配制**
- 准确配制一定浓度的乙酸乙酯溶液和氢氧化钠溶液。
- 例如，用移液管准确量取一定体积的乙酸乙酯，加入适量蒸馏水，在容量瓶中定容，配制成浓度为$c_1$的乙酸乙酯溶液；同理，配制浓度为$c_2$的氢氧化钠溶液。
2. **不同温度下反应速率常数测定**
- 将恒温水浴锅调节至某一温度$T_1$，如$25^{\circ}C$（$298.15K$）。
- 取适量等体积的乙酸乙酯溶液和氢氧化钠溶液，迅速混合于锥形瓶中，同时启动秒表计时。
- 利用电导率仪，每隔一定时间$t$测量反应体系的电导率$\kappa_t$，直至电导率变化趋于稳定，记录数据。
- 根据二级反应动力学方程及电导率与浓度关系，计算该温度下的反应速率常数$k_1$。
- 重复上述步骤，分别测定不同温度（如$30^{\circ}C$、$35^{\circ}C$等）下的反应速率常数$k_2$、$k_3$等。

四、实验数据处理与分析
（一）数据记录
以表格形式记录不同温度$T$、对应的反应时间$t$及电导率$\kappa_t$数据，如下表示例：

| 温度$T(K)$ | 时间$t(min)$ | 电导率$\kappa_t(\mu S/cm)$ |
|---|---|---|
| 298.15 | 1 | $\kappa_{11}$ |
| 298.15 | 2 | $\kappa_{12}$ |
|... |... |... |
| 303.15 | 1 | $\kappa_{21}$ |
| 303.15 | 2 | $\kappa_{22}$ |
|... |... |... |

（二）速率常数计算
根据二级反应动力学方程及电导率与浓度关系，计算各温度下的反应速率常数$k$。例如，通过以下公式计算：
$k = \frac{1}{t(a - x)}$
其中$a$为反应物初始浓度，$x$为$t$时刻反应物反应掉的浓度，可由电导率数据换算得到。

（三）活化能计算
以$\ln k$对$\frac{1}{T}$作图，利用Origin等软件进行线性拟合，得到直线方程。由直线斜率$m = -\frac{E_a}{R}$，已知$R = 8.314 J \cdot mol^{-1} \cdot K^{-1}$，计算得到反应的活化能$E_a = - mR$。

五、结论
通过实验测定不同温度下乙酸乙酯与氢氧化钠皂化反应的速率常数，依据阿伦尼乌斯公式计算得出该反应的活化能。此活化能数值对深入理解该皂化反应的动力学过程意义非凡，为进一步研究该反应在不同条件下的反应特性，以及在工业生产等领域的应用提供了重要的理论依据。