Лабораторная работа 9. Определение скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира.

Цель работы – Определение константы скорости реакции омыления уксусноэтилового эфира.

Аппаратура. Измерение скорости реакции сводится к определению зависимости концентрации вещества участвующего в реакции от времени. Применяемые в кинетике для этой цели методы условно можно разделить на химические и физические. Химические методы дают непосредственно абсолютные значения концентраций, но они менее удобны, т.к. связаны с отбором проб в различные моменты времени, необходимости «замораживания» процесса вследствие долгой аналитической процедуры и т.п. В физических методах анализа измеряется, какое либо физическое свойство реакционной смеси, непосредственно связанное с концентрациями реагирующих веществ и продуктов, изменяющееся в ходе реакции. К таким свойствам можно отнести: давление и объем – для газовых реакций; оптические свойства, электропроводность, вязкость, теплопроводность и др. Преимущество физических методов в их быстроте. Часто такие измерения производятся прямо в реакционном сосуде, так, что отпадает отбор проб и связанные с этой операцией ошибки. Обычно физические измерения никак не влияют на состояние системы. При этом часто можно применять непрерывную автоматическую запись изменения свойства системы. Однако физические методы не дают непосредственно абсолютных значений концентрации. Могут появиться ошибки связанные с переводом значения измеряемого свойства в концентрацию. Например, при спектроскопическом изучении малые количества сильноокрашенных загрязнений или побочных продуктов могут сильно исказить картину. Поэтому для детального изучения кинетики какой-либо реакции полезно применять несколько методов. Если реакция происходит с изменением числа или типа ионов и связана с изменением электрического сопротивления, то за ее ходом можно следить, измеряя электрическое сопротивление раствора.

Например, в ходе реакции омыления этилацетата раствором гидроксида натрия изменяется концентрация ионов ОН^–. Так как подвижность иона ОН^– значительно больше подвижности ацетат-иона, сопротивление реакционной смеси с течением времени увеличивается, а электропроводность уменьшается.

Удельная электропроводность реакционной смеси в начальный момент времени определяется электропроводностью щелочи и равна:

(7.9)

где а – начальная концентрация щелочи, а l – ее эквивалентная электропроводность. Так как l = l_Na⁺+l_OH^‑ , то:

. (7.10)

Зависимость эквивалентной электропроводности 0, 05N раствора щелочи от температуры выражается уравнением:

. (7.11)

Подставив уравнение (7.11) в уравнение (7.10), и решив последнее относительно а, получим:

(7.12)

Удельная электропроводность в данный момент реакции равна:

. (7.13)

Из уравнений (7.9) и (7.13) следует, что:

(7.14)

Считая, что разность (l_OH^‑ ‑ l_Ac^-) неизменна в течение реакции и приблизительно равна 155 См/(см²*г-экв), получим:

(7.15)

Так как начальная концентрация эфира b равна концентрации ионов Ac^‑ , образовавшихся к концу реакции, то из уравнения (7.14) следует, что:

(7.16)

Определив на опыте æ ₀, æ _t, æ _¥ , по приведенным выше уравнениям (7.12), (7.15), (7.16) рассчитывают начальные концентрации щелочи и эфира, а также количество щелочи и эфира, израсходованные к моменту времени t и к моменту полного завершения реакции (t = ¥ ). Значение æ _¥ получают путем измерения электропроводности раствора после проведения реакции в термостате при 80^oС в течение 1 часа, с последующим охлаждением раствора.

Приборы и реактивы

1. Модули «Электрохимия» и «Универсальный контроллер» учебно-лабораторного комплекса «Химия»,

2. Мерная колба на 50 мл,

3. Пипетки на 25 мл,

4. Раствор NaOH ~ 0.01N,

5. Раствор HCl 0.01 N или H₂SO₄ 0.01 N (фиксанал),

6. Раствор уксуно-этилового эфира 0.1 N,

7. Реакционный сосуд – колба на 100 мл,

8. Сосуд для определения электропроводности – химический стакан на 50 мл,

9. Бюретка на 25 мл,

10. Раствор KCl 0.01 N (фиксанал),

11. Водный раствор CH₃COOC₂H₅ ~ 0, 1N,

12. Индикатор метиловый красный.

Порядок выполнения работы

Определение постоянной ячейки для измерения электропроводности. В сосуд для измерения электропроводности наливают 25 мл 0.01 N раствора KСl, опускают туда ячейку с электродами, следя за тем, чтобы раствор полностью покрыл электроды и считывают значение сопротивления с индикатора моста переменного тока. Измерения проводят не менее 3-х раз. (Результаты вносят в таблицу 7.1, см. ниже)

Определение электропроводности исходного раствора щелочи. Из 0.01 N раствора щелочи готовят 0.005 N раствор разбавлением 25 мл 0, 01 N раствора в мерной колбе объемом 50 мл. Сосуд и ячейку для измерения электропроводности ополаскивают дистиллированной водой, а затем дважды 0.005 N раствором щелочи. После этого наливают в ячейку исследуемый раствор и определяют электропроводность. (Результаты вносят в таблицу 7.2, (см. ниже)).

Измерение электропроводности реакционной смеси.

1. Запускают программу управления учебно-лабораторным комплексом «Химия».

2. В появившемся окне инициализации («Добро пожаловать в УЛК») необходимо выбрать вариант работы – «Работа с контроллером» (см. рис. 7.1.) и войти в программу управления путём нажатия кнопки «Вход».

 

Рис.7.1. Окно инициализации программы управления.

 

3. Далее попадаем в окно управления программой. Включаем измерительные каналы термодатчик и проводимость, см. рис. 7.2. Устанавливаем число измерений 100 и интервал измерений 36 сек.

Рис. 7.2. Окно параметров эксперимента.

4. Затем наливают 0.01 N раствор щелочи объемом 25 мл в стаканчик на 50 мл, погружают в раствор ячейку для измерения электропроводности, подключенную к модулю «Электрохимия» учебно-лабораторного комплекса «Химия», добавляют равный объем раствора эфира при работающей мешалке, и нажимают кнопку ИЗМЕРЕНИЕ (см. рис. 7.2). При этом открывается окно обмена данными с контроллером (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Окно «Обмен данными с контроллером»

5. Электропроводность (æ _t) измеряют в течение 60 минут после начала реакции.

6. Одновременно с этими измерениями такую же смесь щёлочи и эфира в течение часа нагревают на водяной бане с обратным холодильником при 80–90⁰С. Затем смесь охлаждают до комнатной температуры. Промыв дважды этой смесью сосуд для измерения электропроводности наливают ее в сосуд и определяют электропроводность (æ _¥ ). (Результаты вносят в таблицу 7.2, (см. ниже))

Определение концентрации раствора NaOH. Также одновременно с выполнением опыта, описанного в предыдущем абзаце, проводят определение концентрации раствора NaOH. Берут аликвоту 10 мл HCl 0.01 N или H₂SO₄ 0.01 N, приготовленной из фиксанала и титруют раствором гидроксида натрия в присутствии индикатора метилового красного. Из результатов титрования определяют нормальность раствора щелочи.

⇐ Предыдущая12345678

Поделиться: