1、國立高雄應用科技大學化學工程與材料工程系物理化學實驗實驗名稱：酸酯類的水解速率(預報-01)實驗日期：102 年 01 月 08 號班級：四化材三乙組別：第八組姓名：江盈瑩 學號：1100101253目 錄壹.實驗目的P.3貳.實驗原理P.3叁.相關知識P.3 P.7肆.實驗步驟P.8伍.實驗藥品與實驗器材P.9陸.參考資料P.9一 、實驗目的1. 熟悉一級反應的定義及速率常數的測定法。2. 藉測定乙酸酯類的水解速率，以測定一級反應的速率常數。二、 實驗原理用酸當觸媒讓乙酸乙酯進行水解反應，分解成乙酸和乙醇，藉由分析反應中乙酸含量的多寡，可以推算乙酸乙酯濃度(a)的變化，將乙酸乙酯濃度代入一級
2、反應速率方程式，可得到反應速率常數 k。如果將不同時間所得到的濃度(a)帶入公式，計算出來的 k 值均相同，即可證明本反應是一級反應，也就是正明反應速率與一分子的反應物濃度成正比。乙酸濃度的分析可用酸鹼滴定和 pH 質測定電導度測定的方法測得其濃度。三、相關知識反應速率的定義：物體的平均運動速率可以表示成單位時間位置的改變量：相同地一個化學反應進行的快慢，也可以由單位時間內反應物或生成物濃度的改變量加以定義，稱為反應速率以 r 表示。上述定義的反應速率為一平均值故應為平均反應速率，和某特定時刻所測量的瞬間反應速率不同，如反應剛開始進行所測量的速率，稱為最初速率(initial rate)。碰撞
3、學說(collision theory) 一個反應能否進行?首先反應物的粒子間必須能相互碰撞或彼此相當接近，例如鈉金屬和水能起激烈反應，若將鈉貯存於煤油中和水隔絕，則無法和水產生氫氣。但是反應物的分子相互碰撞，是否能保證反應一定會發生?例如氮氣和氧氣為大氣中的主要成分，但是正常情況下並不能生成氮的氧化物，科學家對這類問題提出碰撞學說，即反應發生時，反應物的粒子之間必須相互碰撞，碰撞時的能量要超過一最小值方為有效的碰撞，否則粒子僅做彈性碰撞而無法反應，此一最小能量稱為反應的活化能(E a)常因不同的反應而不同。此外反應是否能進行，碰撞時的角度方位也佔很重要的因素。例如下列反應:反應速率和濃度的關
4、係按照碰撞學說，若反應物分子碰撞的頻率愈高，反應速率就可能愈快。由實驗顯示，在勻相反應(homogeneous reaction)中，反應速率和反應物濃度某次方成正比，而在非勻相反應(heterogeneous reaction)中，則和反應物的濃度關係不大，而和接觸面積關係較大。所謂勻相反應，即反應物在同一個相中進行反應，通常為氣態或液態，若物質在不同相間反應，則稱為非勻相反應。在日常生活中反應速率隨碰撞頻率加大而增快的例子比比皆是，例如木塊不易點燃，削成木屑則易燃，主要是氧氣分子和木屑因為接觸的面積增大而使碰撞頻率加大；實驗室的藥品大部份先配製成溶液再進行實驗，因為溶液中反應物的粒子能均勻
5、混合，因此碰撞機率大增。增大反應物的濃度，雖能增大碰撞頻率，卻不一定能增快反應，必須由實驗數據加以判斷，例如下列的反應：溫度對反應速率的影響夏天的食物特別容易腐壞，放在冰箱中便能保存較長的時間。實驗室常用酒精燈加熱反應物，以縮短反應所需的時間，如圖 7-10 中的兩支試管，均裝有相同濃度的草酸(H 2C2O4)及過錳酸鉀(KMnO 4)溶液，若以水浴將試管加熱至 50，紫色的過錳酸鉀和草酸反應，數分鐘後便能褪成無色，生成 CO2、H 2O 和 Mn 等產物。另一支常溫下的試管，經過相同的時間，紫色卻依然未褪去。可見溫度愈高時，化學反應進行得愈快，依經驗法則粗略的估計，溫度每提高 10C 反應速
6、率便大約增快一倍，但有些反應例如雞蛋蛋白的遇熱凝結，所增快的速率更高達數十倍。為什麼溫度升高時，會使反應速率加快？本書第五章曾提到分子的平均動能和絕對溫度成正比。溫度提高時，分子的碰撞頻率也隨之增加，但真正加快反應速率的主要原因卻非如此，如圖 7-12 在溫度 T1 時，分子所具有的動能呈曲線分佈，其中含有高能的分子數較少，而分子的動能必須超過特定能量(E)的分子才能發生反應。當溫度由 T1 提升至 T2 時，圖形往高能方向移動，除了平均動能增大，曲線下的底面積並沒有改變(代表分子的總數目相同)，此時高能分子的數目大幅增加( 圖中畫斜線部份 )，使有效的碰撞次數加多，反應速率因而增快。由反應速
7、率定律式 r = kA B 中可以看出，升高溫度使反應速率加快的最主要因素是因為 k 值變大。在定溫下 k 值雖為常數，但在不同的溫度下，會有不同的數值。由於加熱是最直接、有效增快反應速率的方法，因此實驗室、工廠經常使用加熱的方式，以縮短反應所需的時間，達成提高生產效能的目的。分子間碰撞的能量若超過某特定能量，會生成一種不安定的活化複體(又稱活化錯合物)，此時舊的鍵結尚未完全斷裂，新的鍵結還未完整形成，所含有的相對能量較反應物高，可能會形成生成物，也可能會變回反應物。當活化複體轉變成生成物時，把部份能量釋放出來。反應物的本質：同一反應的速率會受濃度及溫度的影響，但是不同的反應即使濃度、溫度完全
8、相同，其反應速率依然有快有慢，例如下列二個反應：7-237-247-23 的酸性溶液中，鐵(II) 離子一加入過錳酸根溶液，過錳酸根離子的紫色立即消失，而在式 7-24 中，草酸根離子雖然和過錳酸根溶液充分混合，紫色仍能維持相當久而不褪色。細究其原因為鐵(II)離子變成鐵(III)離子時不涉及鍵的破壞，而 C2O42-變成 CO2 時必須先打斷一些鍵，才能形成新的鍵結，因此反應的活化能較高，所以化學反應的速率和鍵結的情形有關，而鍵結的情形則取決於物質的本質。一般而言若反應不涉及鍵的破壞如離子間的反應，則反應速率較快。若反應物分子間的原子必須重新分解再組合，則反應較難進行。催化劑：增高溫度雖然可
9、以加快反應速率，但是加熱卻耗費能源、造成污染，有很多反應也不允許在高溫下進行，例如身體內的化學變化、酒的釀造等。因此有另一種改變反應速率的方法，即在反應物中加入另一物質參與反應，使反應速率改變，但是在整個反應過程結束後，該物質又被釋放出來，此種能改變反應速率但反應前後質量並未減少的物質稱為催化劑(catalyst)，亦稱為觸媒，例如實驗室常用來製備造氧氣的反應：2KClO3 (s) 2KCl (s) + 3O2 (g) 式 7-25既使強熱的情況下，產生氧氣的速率也非常緩慢，但是氯酸鉀若和黑色的二氧化錳混合加熱時，氧氣則迅速產生，而反應結束後二氧化錳的總量並未改變，MnO2 在整個反應過程中即
10、做為催化 KClO3 分解的角色。另外將葡萄糖放入 37的水中，經過數天仍保持原狀無法氧化，但是一旦進入相同 37的人體，則迅速氧化生成二氧化碳及水：C6H12O6 (aq) + 12O2 (g) 12CO 2 (g) + 11H2O(l) 式 7-26因為葡萄糖在人體內，受到數種催化劑的影響而加快氧化，此種在生化反應的催化劑稱為酵素或媒，多由蛋白質構成。不同的生化反應必須由特定的媒加以催化，例如在唾液中有消化澱粉的澱粉媒，在胃液中有消化蛋白質的蛋白媒。媒在生物體中的含量雖少，卻不能少於一定含量，否則會造成各項生理機能失調。媒的另一個特質，必須在適宜的溫度下進行，高溫時會減低效率或完全失去功用
11、。催化劑無法使反應物粒子的碰撞頻率增加，也不能使粒子的平均動能增加，為何能使反應加快？因為催化劑可與反應物形成位能較低的活化複體，提供不同的反應途徑以降低化學反應的活化能，因此超過發生反應所需最低能量的分子數目大幅增加，致使有效碰撞頻率增多，反應速率加快。另外催化劑雖能縮短反應進行的時間，卻無法改變生成物的產率。各級反應：零級反應 一級反應 二級反應 級反應微分速率方程積分速率方程（不適用於一級反應）速率常數 的單位呈線性關係的變數 （不適用於一級反應）半衰期（不適用於一級反應）四、 實驗步驟1.配製 0.05N-NaOH 標準溶液 1000mlm。(以少量蒸餾水溶解 2gNaOH，倒入 10
12、00cc 量瓶中，加水至標線 ) ，以 KHP 標定之(精稱 0.204gKHP，加入 50cc 蒸餾水溶解，加入 2 滴酚酞指示劑，以配製好的 NaOH 滴定至為粉紅色，計算 NaOH 實際濃度)2.配製 0.5M-HCl 標準 250ml，以上述的 NaOH 標定之。取 2ml 的 HCl，再加蒸餾水 20ml，滴加 2 滴酚酞指示劑，滴定之。3.取編號 0 到 7 的 8 支乾淨的錐形瓶各加入 100ml 蒸餾水備用。4.取步驟 2 之 0.5M-HCl 標準溶液 100ml 於乾淨錐形瓶 (另外)中，放入恆溫槽內恆溫(30) 。5.用移液管吸取 5ml 乙酸乙酯(紀錄濃度、比重 )注入
13、步驟 3 中編號 0 的錐形瓶中，並震盪之使之充分混合，混合時動作要快，此溶液稱為酸酯混合液。6.迅速用另一支移液管吸取步驟 5 的酸酯混合液 5ml，注入步驟 3 中編號0 的錐形瓶中，用步驟 1 的 NaOH 標準溶液滴之，紀錄所用體積 V0。7.爾後隔 10.20.30.40.50.60.80 分鐘時，以乾淨移液管吸取步驟 5 的酸酯混合液 5ml 注入步驟 3 編號 17 號的錐形瓶中，並分別用步驟 1 的 NaOH標準溶液滴定之，紀錄所用體積為 Vt。8.剩下的酸酯混合液取 20ml 以迴流冷凝方式加熱沸騰 10 分鐘，使乙酸乙酯完全水解，放冷後吸取 5ml 酸酯混合液，以 NaOH
14、 標準溶液滴定之，紀錄所用體積 V。9.利用體積法、濃度法、繪圖法證明乙酸乙酯水解反應為一級反應。五、器材及藥品實驗器材量瓶 定量瓶量筒 吸量管漏斗 滴定管錐形瓶 安全吸球恆溫槽 冷凝器回流裝置實驗藥品NaOH 乙酸乙酯KHP 冰塊0.5M HCL 酚酞指示劑六、參考資料書籍資料：1 黃定加(1999) 新編物理化學實驗網路資料：2http:/content.edu.tw/senior/chemistry/tp_sc/content1/number2/1/6-2.htm#NERC T 2.6.23http:/zh.wikipedia.org/zh-tw/%E9%80%9F%E7%8E%87%E6%96%B9%E7%A8%8B
