實驗目的：測定冰乙酸和乙醇酯化反應的平衡常數（酸作為催化劑）
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{l} \right)\ \text{+}\ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH}\left( \text{l} \right)\ \rightleftharpoons \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]點擊相應的步驟，了解實驗過程的具體操作。然後，根據指引完成數據處理部分以獲得該反應的平衡常數。
前面已經介紹如何進行實驗測定酯化反應的平衡常數。現在，我們就來學習如何處理這些實驗數據，從而獲得該反應的平衡常數。點擊相應的步驟並通過回答問題了解詳細的計算過程。
實驗測得中和 \(1.00\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\) 的原混合物中的乙酸需要 \(29.85\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\) 的濃度為 \(0.25\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\) 的氫氧化鈉溶液。那麼，原混合物中乙酸的濃度是 \(\text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)（答案保留至小數點後兩位數字）。
題解：
氫氧化鈉溶液與乙酸反應的化學反應式如下：
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ \text{NaOH}\left( \text{aq} \right)\ \to \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COONa}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]可以看出：乙酸與氫氧化鈉反應的摩爾比為 1：1，
即：\({{n}_{\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}}}\ =\ {{n}_{\text{NaOH}}}\)
其中：
\(\displaystyle{{{n}_{\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}}}\ =\ \left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right) \right]\ \times \ \frac{1.00}{1000}\ \text{d}{{\text{m}}^{\text{3}}}}\)
\({{n}_{\text{NaOH}}}=\ 0.25\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\ \times \ \displaystyle{ \frac{29.85}{1000}\ } \text{d}{{\text{m}}^{3}}=\ 7.46\ \times \ {{10}^{-3}}\ \text{mol}\)
所以，
\(\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right) \right]\ =\ 7.46\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)
即原混合物中乙酸的濃度是 \(7.46\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)。
注意：滴定加熱回流後的混合物時，消耗的氫氧化鈉溶液的體積既包括中和混合物中的乙酸，又包括加入的催化劑（硫酸）。
下表展示了中和 \(1.00\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\) 不同時刻的混合物時，所需氫氧化鈉溶液（\(0.25\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)）的體積。
| 滴定實驗 | 混合物 \(\left( \text{1}\text{.00}\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}} \right)\) | 消耗氫氧化鈉的體積 \(\left( \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}} \right)\) |
|---|---|---|
| I | 原混合物 | \(29.85\) |
| II | 原混合物 + 酸 | \(29.92\) |
| III | 回流後的混合物 | \(12.51\) |
通過計算可知：加熱回流後，混合物中乙酸的濃度是 \(\text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)（答案保留至小數點後兩位數字）。
題解：
對比滴定實驗 I 和 II 可知：中和 \(1.00\ \text{c}{{\text{m}}^{3}}\) 混合物中的硫酸，需要 \(0.07\left(=29.92-29.85 \right)\ \text{c}{{\text{m}}^{3}}\) 的氫氧化鈉溶液。
所以，在滴定實驗 III 中，實際用於中和乙酸的氫氧化鈉溶液的體積是 \(\text{12}\text{.44}\left(=12.51-0.07 \right)\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\)。
由於：\({{n}_{\text{C}{{\text{H}}_{3}}\text{COOH}}}\ =\ {{n}_{\text{NaOH}}}\)
其中：
\({{n}_{\text{NaOH}}}=0.25\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\times \displaystyle{ \frac{12.44}{1000}\ } \text{d}{{\text{m}}^{3}}=3.11\times {{10}^{-3}}\ \text{mol}\)
\(\displaystyle{{{n}_{\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}}}=\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right) \right]\times \frac{1.00}{1000}\ \text{d}{{\text{m}}^{\text{3}}}}\)
計算可知：
\(\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{aq} \right) \right]=3.11\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)
即加熱回流後，混合物中乙酸的濃度是 \(3.11\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)。
根據上述計算可知：加熱回流前冰乙酸的濃度為 \(7.46\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)，而加熱回流後冰乙酸的濃度為 \(3.11\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-3}}\)。由此可計算平衡混合物中其它物種的濃度分別為（答案保留至小數點後兩位數字）：
題解：
根據化學反應式可知，所涉及物質的濃度變化為 \(1:1:1:1\)：
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{l} \right)\ \text{+}\ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH}\left( \text{l} \right) \rightleftharpoons \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]由已知條件可知：冰乙酸的濃度變化為 \(-4.35\left(=3.11-7.46 \right)\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-\text{3}}}\)
所以：
根據所得各物種的平衡濃度，計算在此條件下，冰乙酸與乙醇反應的平衡常數是 （答案保留至小數點後兩位數字）。
題解：
根據化學反應式：
\[\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{l} \right)\ \text{+}\ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH}\left( \text{l} \right) \rightleftharpoons \ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right)\ \text{+}\ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right)\]其平衡常數可表示為：
\[{{K}_{\text{c}}}\ =\ \frac{\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOC}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\left( \text{aq} \right) \right]\left[ {{\text{H}}_{\text{2}}}\text{O}\left( \text{l} \right) \right]}{\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{COOH}\left( \text{l} \right) \right]\left[ \text{C}{{\text{H}}_{\text{3}}}\text{C}{{\text{H}}_{\text{2}}}\text{OH}\left( \text{l} \right) \right]}\]將數據代入，可得：
\[{{K}_{\text{c}}}\ =\ \frac{\left[ \text{4}\text{.35}\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-\text{3}}} \right]\left[ \text{4}\text{.35}\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-\text{3}}} \right]}{\left[ 3.11\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-\text{3}}} \right]\left[ 3.11\ \text{mol}\ \text{d}{{\text{m}}^{-\text{3}}} \right]}\]所以，該反應的平衡常數為 \(1.96\)。
為了獲得較為準確的結果，實驗過程中有幾個重要的注意事項。請同學們自行點擊相應的部分以了解其中的詳細內容。
如果在進行酯化反應前忘記了加入放漰沸小球，就會導致混合物受熱不均勻，過度沸騰，嚴重時會導致液體衝出冷凝管。通過下面的虛擬實驗，思考應如何處理這個問題。
對於已經開始回流的混合物，應作如下處理：
在酯化反應過程中，加熱回流後定時取 \(1.00\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\) 樣品進行滴定分析，其結果列於下表：
| 實驗序號 | 反應時間（小時） | 滴定所需氫氧化鈉溶液的體積（\(\text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\)） |
|---|---|---|
| \(1\) | \(0\) | \(24.0\) |
| \(2\) | \(0.5\) | \(18.5\) |
| \(3\) | \(1.0\) | \(10.3\) |
| \(4\) | \(1.5\) | \(8.0\) |
| \(5\) | \(2.0\) | \(8.0\) |
| \(6\) | \(2.5\) | \(8.0\) |
根據數據判斷，該酯化反應達至平衡的時間大概是 小時。
題解：
根據表格中的數據可以看出：\(1.5\) 小時以後，滴定 \(1.00\ \text{c}{{\text{m}}^{3}}\) 混合物所需的氫氧化鈉溶液的體積保持不變，可以認為溶液中冰乙酸的濃度不再發生變化，即反應已達至平衡狀態。
測定化學反應的平衡常數時，除了確定反應已達至平衡外，還要注意以下兩點：
根據你掌握的實驗知識，判斷以下哪些陳述句是正確的。
1. 使用恆溫加熱板代替本生燈，可以提高體系溫度的穩定性。
2. 使用雙口梨形瓶代替單口梨形瓶，用溫度計測體系的溫度。
3. 使用酒精燈代替本生燈，使體系溫度保持穩定。
4. 減少反應物的用量，有利於體系溫度的穩定。
5. 取 \(2.00\ \text{c}{{\text{m}}^{\text{3}}}\) 混合物進行滴定實驗，提高滴定的準確性。
6. 用低濃度的氫氧化鈉溶液進行滴定實驗，提高滴定結果的穩定性。
7. 同一樣品滴定三次，然後取平均值，以減少滴定誤差。
8. 同一樣品滴定三次，然後取中間值，以減少滴定誤差。
題解：