Bai 9 phản ứng thủy phân ESTE

Bài số 9. Phản ứng thủy phân ESTE
PGS. TS. Vũ Ngọc Ban
Giáo trình thực tập hóa lý
NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007.
Tr 42 – 44.

Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiên có thể được sử dụng cho mục
đích học tập và nghiên cứu cá nhân. Nghiêm cấm mọi hình thức sao chép, in ấn phục
vụ các mục đích khác nếu không được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tác giả.


Bài số 9
PHẢN ỨNG THUỶ PHÂN ESTE
Mục đích
Xác định hằng số tốc độ phản ứng và năng lượng hoạt động hoá của phản ứng thuỷ phân
etyl axetat bằng dung dịch kiềm.

Lí thuyết
Phản ứng thuỷ phân etyl axetat xảy ra theo phương trình:
CH3COOC2H5 + NaOH ⎯→ CH3COONa + C2H5OH

(1)

Đây là phản ứng bậc hai, tốc độ của phản ứng tỉ lệ thuận với nồng độ este và kiềm:
−

dC
= kCeCk
dt

(2)

và hằng số tốc độ phản ứng:
k=
ở đây:

2,303
C oe (C ok − C x )
lg
t (C ok − C oe )
C ok (C oe − C x )

(3)

Coe và Cok là nồng độ ban đầu của este và kiềm.

Cx là nồng độ của este và kiềm đã tham gia phản ứng sau thời gian t.
Ce = Coe − Cx và Ck = Cok − Cx là nồng độ este và kiềm ở thời điểm t.
Bằng cách chuẩn độ lượng NaOH còn lại trong phản ứng ở từng thời điểm khác nhau có
thể tính được Cx, từ đó xác định được k.

Tiến hành thí nghiệm
Lấy hai bình cầu đáy bằng dung tích 500 ml có nút đậy kín (tốt nhất là nút nhám). Dùng
1
bình định mức lấy 250 ml dung dịch este etyl axetat
N cho vào một bình và 250 ml dung
60
1
N vào bình kia (lượng NaOH dùng dư để đảm bảo phản ứng thuỷ phân xảy ra
dịch NaOH
40

hoàn toàn).
Đậy kín hai bình để tránh este bay đi và CO2 tan vào dung dịch NaOH.
Ngâm cả hai bình vào máy điều nhiệt ở 30oC. Sau 10 ÷ 15 phút thì bắt đầu đổ nhanh bình
đựng dung dịch NaOH vào bình đựng este, đậy nút, lắc đều hỗn hợp, ghi thời gian xem như
đó là lúc bắt đầu phản ứng. Đồng thời dùng pipet lấy nhanh 40 ml hỗn hợp cho vào một bình


1
1
N. Vì lượng HCl
N dư so với NaOH có
40
40
trong 40 ml mẫu thử nên sẽ trung hoà hết kiềm và kìm hãm phản ứng lại. Bằng cách chuẩn độ
1
N với chất chỉ thị phenolphtalein) có thể biết được
axit dư trong bình nón (dùng NaOH
40
lượng HCl đã tiêu tốn để trung hoà NaOH và do đó tính được lượng NaOH có trong 40 ml
mẫu thử. Dữ kiện thu được ứng với thời điểm t = 0.

nón cỡ 250 ml đã có sẵn 25 ml dung dịch HCl

Sau 5, 10, 20, 30, 40, 50 phút kể từ lúc bắt đầu phản ứng, lại lấy ra 40 ml hỗn hợp phản
1
N và lại chuẩn độ lượng HCl dư bằng
ứng cho vào bình nón có sẵn 25 ml dung dịch HCl
40
NaOH như đã nêu trên.
Sau khi lấy mẫu thử cuối cùng (ở phút thứ 50), lắp vào bình phản ứng một sinh hàn hồi

lưu, rồi đun trong nồi cách thuỷ lên tới 70oC và giữ ở nhiệt độ này trong khoảng nửa giờ. Để
nguội hỗn hợp phản ứng đến 30oC và tiến hành lấy mẫu và chuẩn độ NaOH còn lại như đã
làm ở trên. Vì ở 70oC phản ứng xảy ra rất nhanh, do đó sau 30 phút giữ hỗn hợp phản ứng ở
nhiệt độ này rồi để nguội đến 30oC, phản ứng xem như đã kết thúc và dữ kiện thu được ứng
với t = ∞.
Để xác định năng lượng hoạt hoá của phản ứng cần lặp lại một thí nghiệm tương tự như
trên nhưng bình phản ứng được đặt trong máy điều nhiệt ở 40oC và mẫu thử được lấy ra ở
những thời điểm 3, 5, 10, 15, 20, 30 phút sau lúc bắt đầu phản ứng. Dữ kiện ứng với thời điểm
t = 0 và t = ∞ có thể sử dụng kết quả ở phần trên.
Cần chú ý trong suốt thời gian thí nghiệm không được nhấc bình ra khỏi máy điều
nhiệt.

Tính toán kết quả
1
N dùng để chuẩn độ axit dư trong bình nón là n mililit thì lượng
40
1
1
N đã tiêu tốn để trung hoà NaOH hay lượng NaOH
N có trong 40 ml mẫu thử nt sẽ
HCl
40
40
bằng:

Nếu gọi lượng NaOH

nt = 25 − n
1
N có trong 40 ml mẫu thử ở các thời điểm tương ứng t =

40
0, t = t và t = ∞ thì nồng độ ban đầu của kiềm Cok sẽ tỉ lệ với no; nồng độ ban đầu của este Coe
tỉ
lệ
với
no − n∞ (vì ta xem phản ứng đã kết thúc và lượng NaOH lấy dư so với este) và nồng độ este đã
bị thuỷ phân sau thời gian t là Cx tỉ lệ với no − nt, nghĩa là:

Gọi no, nt, n∞ là lượng NaOH

Cok = const.no
Coe = const.(no − n∞)
Cx = const.(no − nt)


ở đây “const” là hệ số tỉ lệ biểu thị sự liên hệ giữa nồng độ đương lượng của dung dịch
với số mililit dung dịch và được tính như sau:
1
N có trong 40 ml mẫu thử ở t = 0 nên đương lượng NaOH có
40

Vì no là số mililit NaOH
trong 40 ml đó là:
no .

1
1
.
40 1000

và nồng độ đương lượng của NaOH trong mẫu thử sẽ là:
1
1 ⎞ 40
1
⎛
=
no
CN = ⎜ n o . .
⎟:
40 1000 ⎠ 1000 1600
⎝

Như vậy “const” =

1
1600

Thay các giá trị Cok , C oe , Cx ở trên vào các phương trình (3) thu được:
k=

n (n − n )
2,303
lg t o ∞
t.const.n∞ no ( nt − n∞ )

(4)

Ghi các kết quả thực nghiệm và tính toán theo bảng mẫu sau:
Nhiệt
o

độ ( C)

Thời gian
lấy mẫu thử
kể từ t = 0

Lượng NaOH
dùng chuẩn độ
HCl dư, n

Lượng NaOH có
trong 40 ml mẫu thử
nt = 25 − n

Hằng số tốc độ phản ứng
k

Đối với từng nhiệt độ phải xác định giá trị hằng số tốc độ trung bình:
k=

k 1 + k 2 + ... + k n
n

Năng lượng hoạt động hoá của phản ứng E tính theo phương trình:

k T2
E ⎛ 1
1 ⎞
⎜⎜ −
⎟

=
k T1 4,575 ⎝ T1 T2 ⎟⎠

lg
ở đây:

T1 = 30 + 273 = 303 K
T2 = 40 + 273 = 313 K.