乙酸乙酯皂化反应

一、实验目的
1. 掌握用电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数的原理和方法。
2. 了解二级反应的特点，学会用图解法求二级反应的速率常数。
3. 熟悉电导率仪的使用方法。

二、实验原理
乙酸乙酯皂化反应是一个典型的二级反应，其反应式为：
\(CH_{3}COOC_{2}H_{5}+NaOH\rightarrow CH_{3}COONa + C_{2}H_{5}OH\)

在反应过程中，各物质的浓度随时间而改变。若乙酸乙酯的初始浓度为\(a\)，氢氧化钠的初始浓度也为\(a\)，设反应时间为\(t\)时，反应所生成的\(CH_{3}COONa\)和\(C_{2}H_{5}OH\)的浓度为\(x\)，那么\(CH_{3}COOC_{2}H_{5}\)和\(NaOH\)的浓度则为\(a - x\)。该反应的速率方程为：
\(\frac{dx}{dt}=k(a - x)(a - x)\)

式中\(k\)为反应速率常数。将上式积分可得：
\(k=\frac{1}{t}\cdot\frac{x}{a(a - x)}\)

为了测定\(t\)时刻的\(x\)值，本实验采用电导法。在本实验中，由于\(NaOH\)和\(CH_{3}COONa\)是强电解质，而\(CH_{3}COOC_{2}H_{5}\)和\(C_{2}H_{5}OH\)不具有明显的导电性，因此反应体系的电导变化主要由\(OH^{-}\)和\(CH_{3}COO^{-}\)的浓度变化所决定。

设\(G_{0}\)为反应开始时溶液的电导，\(G_{t}\)为反应时间\(t\)时溶液的电导，\(G_{\infty}\)为反应终了时溶液的电导。由于溶液的电导与电解质的浓度成正比，且\(OH^{-}\)的电导远大于\(CH_{3}COO^{-}\)的电导，因此有：
\(G_{0}=A_{1}a\)
\(G_{t}=A_{1}(a - x)+A_{2}x\)
\(G_{\infty}=A_{2}a\)

式中\(A_{1}\)、\(A_{2}\)是与温度、溶剂和电解质性质有关的比例常数。由以上三式可得：
\(x=\frac{G_{0}-G_{t}}{G_{0}-G_{\infty}}a\)

将\(x\)代入速率方程积分式可得：
\(k=\frac{1}{t\cdot a}\cdot\frac{G_{0}-G_{t}}{G_{t}-G_{\infty}}\)

由此可见，只要测定出\(G_{0}\)、\(G_{t}\)和\(G_{\infty}\)，并以\(\frac{G_{0}-G_{t}}{G_{t}-G_{\infty}}\)对\(t\)作图，若所得为一直线，则证明该反应为二级反应，直线的斜率\(m=\frac{1}{a\cdot k}\)，从而可求得反应速率常数\(k\)。

三、实验仪器与试剂
1. **仪器**
- 电导率仪1台
- 恒温水浴1套
- 双管电导池1个
- 移液管（25mL）3支
- 大试管（50mL）4支
- 秒表1块
2. **试剂**
- \(0.0200mol/L\) \(NaOH\)溶液
- \(0.0200mol/L\) 乙酸乙酯溶液（需临时配制）

四、实验步骤
1. **调节恒温水浴温度**
将恒温水浴温度调节至\((25.0\pm0.1)^{\circ}C\) 。
2. **\(G_{0}\)的测定**
用移液管准确吸取\(25mL\) \(0.0200mol/L\) \(NaOH\)溶液注入干燥的大试管中，放入恒温水浴中恒温\(10min\) 。然后将电导电极用蒸馏水冲洗干净，再用滤纸吸干，插入大试管中，测定其电导\(G_{0}\) 。
3. **\(G_{t}\)的测定**
分别用移液管准确吸取\(25mL\) \(0.0200mol/L\) \(NaOH\)溶液和\(25mL\) \(0.0200mol/L\)乙酸乙酯溶液，注入另一个干燥的大试管中，将该试管放入恒温水浴中恒温\(10min\) 。迅速将乙酸乙酯溶液倒入\(NaOH\)溶液中，同时启动秒表，混合均匀后，立即将电导电极插入混合溶液中，开始测定溶液的电导\(G_{t}\) 。在反应开始后的\(2min\)、\(4min\)、\(6min\)、\(8min\)、\(10min\)、\(12min\)、\(15min\)、\(20min\)、\(25min\)、\(30min\)各测一次电导值。
4. **\(G_{\infty}\)的测定**
将步骤3中反应后的溶液在恒温水浴中放置\(24h\)，或在\(50 - 60^{\circ}C\)的水浴中加热半小时后，再冷却至实验温度，测定其电导\(G_{\infty}\) 。

五、数据记录与处理
1. **数据记录**
记录实验温度、\(G_{0}\)、\(G_{t}\)及对应的时间\(t\)，将数据填入下表：

| \(t/min\) | \(G_{t}/(\mu S/cm)\) | \(\frac{G_{0}-G_{t}}{G_{t}-G_{\infty}}\) |
| ---- | ---- | ---- |
| 2 | | |
| 4 | | |
| 6 | | |
| 8 | | |
| 10 | | |
| 12 | | |
| 15 | | |
| 20 | | |
| 25 | | |
| 30 | | |

2. **数据处理**
- 以\(\frac{G_{0}-G_{t}}{G_{t}-G_{\infty}}\)对\(t\)作图，求直线的斜率\(m\)。
- 根据\(m=\frac{1}{a\cdot k}\)，计算反应速率常数\(k\)，其中\(a = 0.0100mol/L\)（因为混合后总体积加倍，浓度减半）。

六、注意事项
1. 乙酸乙酯溶液需临时配制，配制时应防止挥发损失，并在恒温下预热。
2. 电导电极在使用前后都要用蒸馏水冲洗干净，并用滤纸吸干，以免影响测量结果。
3. 混合乙酸乙酯溶液和\(NaOH\)溶液时要迅速，并在混合后立即开始计时。
4. 测量\(G_{\infty}\)时，加热温度不宜过高，时间不宜过长，以免引起副反应，影响测量结果。

七、思考题
1. 为什么本实验要在恒温条件下进行，而且乙酸乙酯和\(NaOH\)溶液在混合前还要预先恒温？
2. 如果\(NaOH\)和乙酸乙酯溶液为浓溶液，能否用此法求\(k\)值，为什么？
3. 本实验中，若反应物\(NaOH\)和乙酸乙酯的起始浓度不相等，应如何计算\(k\)值？