Робота № 9/2. Вивчення кінетики омилення складних ефірів у присутності іонів гідроксилу

Мета роботи. Визначити константу швидкості реакції омилення ефіру в присутності іонів ОН^-.

Методика роботи. Як приклад реакції омилення складних ефірів можна розглянути реакцію:

.

Цю реакцію проводять у водному розчині за надлишком лугу; проходить вона по 2-му порядку. Константу швидкості реакції обчислюють за рівнянням

. (1)

Кількість реагентів визначається титруванням однакових об'ємів проб (по 5 мл суміші) розчином кислоти (С_к).

Позначимо через V₀, V_, і V_ об'єми кислоти (в мл), що йдуть на нейтралізацію лугу у пробі до початку реакції, у момент реакції та у кінці реакції. У такому випадку початкова кількість молекул лугу у пробі .

Оскільки на 1 моль ефіру при омиленні йде 1 моль лугу, то початкова кількість молей ефіру у пробі визначається різницею між початковою та кінцевою кількістю лугу:

.

Тоді

.

Кількість молів лугу у пробі у момент  дорівнює

.

Тоді

.

Кількість молів ефіру у пробі в момент :

.

Отримуємо рівняння для розрахунку константи швидкості:

. (2)

Перепишемо це рівняння у вигляді

. (3)

Оскільки початковий об'єм V₀ визначити важко, будуємо лінійну залежність рівняння (3) у координатах , та визначаємо як відрізок на ординаті за .

Порядок роботи.

1. Змішують 5 мл ефіру та 50 мл 0,0025 н NaOH та доводять до 100 мл. Момент змішування розчинів є моментом початку реакції.

2. Через кожні 3 - 5 хв беруть перші три проби по 5 мл та титрують НС1 у присутності фенолфталеїну до появи рожевого забарвлення.

3. Наступні проби беруть через 10 - 15 хв. За реакцією спостерігають 1,5 - 2 год, послідовно відбираючи для аналізу проби.

4. Результати вимірювань та розрахунків заносять у таблицю:

Час

, хв.

V, моль/л

(V-V), моль/л

k, л/(мольхв)

Література: [21, с. 217-242,253-256].

Робота № 9/3. Вивчення кінетики омилення складних ефірів у присутності іонів водню

Мета роботи. Визначити середнє значення константи швидкості реакції омилення складного ефіру водою

.

Методика роботи. У розведених ефірних розчинах внаслідок великого надлишку води омилення відбувається практично повністю, але дуже повільно. Оскільки іони Н⁺ каталізують процес, то реакцію проводять у кислому середовищі. Одним з продуктів реакції омилення ефірів є кислота, тому реакція омилення є автокаталітичним процесом, що ускладнює перебіг реакції. Однак якщо початкова концентрація іонів водню є високою, то збільшення концентрації кислоти буде відносно невеликим. Тому реакцію проводять у присутності значної кількості сильної кислоти (наприклад HCl). За великого надлишку води швидкість омилення буде залежати тільки від концентрації ефіру (реакція 1-го порядку). Тому швидкість буде визначатися рівняннями:

; (1)

, (2)

де - початкова концентрація ефіру; С_х - концентрація ефіру, що прореагував (вона дорівнює концентрації кислоти, що утворилася); - концентрація ефіру в момент часу τ.

Оскільки кількість кислоти під час протікання реакції безперервно збільшується, про швидкість реакції можна судити за збільшенням кількості розчину лугу, що йде на титрування проб реагуючої суміші.

Порядок роботи. Встановлюють термостат на задану температуру. У ретельно вимиту і пропарену колбу ємкістю 250 мл заливають 100 мл розчину HCl (концентрація HCl і температура термостата вказується викладачем). Колбу встановлюють у термостат і через 15 хв додають до кислоти 5 мл етилацетату. Суміш збовтують і в той самий час відбирають піпеткою пробу 5 мл. Момент вливання етилацетату вважається початком реакції. Колбу закривають, а взяту пробу швидко вливають в іншу колбу, в яку для гальмування реакції залито 50 мл холодної дистильованої води (t = 0-3°С). Після цього пробу титрують у присутності фенолфталеїну 0,1 н розчином їдкого барію. Титрування вважається закінченим, якщо рожевий колір зберігається протягом 2-3 с. Потім, не виймаючи колбу з термостата, через 15, 30, 60, 90, 120, 180 хв після початку реакції відбирають проби і проводять титрування. За час відбору проби приймають момент її вливання в холодну воду.

Після відбору останньої проби колбу з розчином закривають, підписують і здають лаборанту.

Через 48 год після початку реакції суміш нагрівають протягом 30 хв на водяній бані з оберненим холодильником за температури 70-80°С, після чого проводять титрування проби.

Позначимо через V₀, V_τ та V_∞ кількість мілілітрів лугу, що йде на титрування 5 мл суміші відповідно на початку реакції, в момент часу τ та після закінчення реакції.

Результати вимірювань заносять до таблиці:

Температура ____ °С; концентрація HCl = _____ н
Час відбору проби	Проміжок часу від початку реакції	Кількість розчину Ba(OH)2 на титрування проби	Константа швидкості

Початкова концентрація ефіру є пропорційною різниці , а концентрація ефіру в даний момент часу - різниці . Відповідно до рівняння (1)

. (3)

Підставляючи в це рівняння величини V₀, V_τ та V_∞, розраховують константу швидкості реакції k і заносять її значення до таблиці. Визначають середнє значення константи швидкості.

Література: [21].