Экспериментальная часть
Цель работы. 1. Определить константу скорости реакции омыления этилацетата графическим путем.
2. Сделать вывод о характере протекания процесса в зависимости от продолжительности по графику Vt = f(t).
Выполнение работы
Для выполнения работы берут растворы HCl и NaOH с точно установленной концентрацией (порядка 0,03 н).
Затем приготавливают раствор эфира с концентрацией ниже 0,03 н (от 0,025 до 0,027 н) по заданию преподавателя. Для этого необходимо вычислить объем эфира (в см3), необходимого для приготовления 100 см3 раствора заданной концентрации.
Расчет проводят, учитывая заданную нормальность и плотность этилацетата ρ20 = 0,901 г/см3. Полученный объем отмеряют пипеткой на 1 см3 с точностью до 2-х значащих цифр после запятой. Этот объем вливают в мерную колбу на 100 мл, доливают дистиллированной водой до метки, и тщательно перемешивают.
Раствор этилацетата переносят в мерную колбу вместимостью 250 – 500 см3 с притертой пробкой.
Мерную колбу вместимостью на 100 мл промывают дистиллированной водой, затем в нее наливают 100 см3 раствора гидроксида натрия (~ 0,03 н) и, перенося его в колбу с раствором эфира, тщательно взбалтывают. Момент сливания растворов – это момент начала реакции. Из этой же колбы отбирают порцию около 50 см3 реакционной смеси в колбу со шлифом на 100 см3 и ставят в водяную баню, присоединяя к обратному холодильнику (во избежание улетучивания эфира). Для доведения реакции до конца нагревают не менее 1 ч при температуре 50 – 60 °С. Через 1 ч эту колбу на 100 см3 снимают с водяной бани, охлаждают с притертой пробкой. И титруют 2–е пробы по методу обратного титрования, расчет пробы проводят по уравнению (56).
Поставив часть смеси (~ 50 см3) на водяную баню, приступают к исследованию реакционной смеси.
Через заданные промежутки времени (10, 20, 35 и 50 мин) отбирают 20 см3 смеси в колбу для титрования, в которую предварительно налито 10 см3 ~ 0,03 н HCl, и титруют щелочью в присутствии метилоранжа (улавливают изменение окраски при pH = 3,1 ÷ 4,4 раствора от розового к желтому). Чтобы легче уловить
38
изменение окраски в момент окончания титрования, удобно пользоваться так называемым “свидетелем”. Для приготовления “ свидетеля” в стакан или колбу помещают приблизительно столько капель метилового оранжевого, сколько его будут употреблять при титровании, добавляют туда же 1 – 2 капли щелочи, чтобы появилось слабое, но заметное пожелтение раствора. До такого же оттенка стараются довести окраску исследуемого раствора при титровании.*
Полученные данные записывают в табл. 2 и делают соответствующие расчеты.
Табл. 2
Результаты исследования кинетики реакции омыления этилацетата (уксусноэтилового эфира)
Момент смешивания, час…мин….
№ п/п |
Время от нач. опыта t, мин |
Обратное титрование |
Объем кислоты в момент времени t,
см3 |
(Vt- V∞), см3 |
|
k |
||
объем кис-лоты Vt, k, см3 |
Объем щелочи |
|||||||
Vt,щ см3 |
см3
|
|||||||
1 2 3 4 |
10 20 35 50 |
|
|
… |
|
… |
… |
… |
1 2 |
60 60 |
|
V∞, ср |
|
|
|
|
|
На основании полученных данных графическим путем определяют k, рис. 4., см. уравнения (55, 57, 62) и делают вывод о ходе реакции по графику Vt–f(t).
_______________
* При выборе в качестве индикатора фенолфталеина пробу нужно быстро титровать, а в конце титрования прокипятить. Объясняется это тем фактом, что раствор NaOH поглощает из воздуха CO2, который связывается со щелочью, образуя карбонаты. При приливании щелочи к кислоте переход окраски от бесцветной в
39
розовую идет при pH = 8,2÷10,0, нейтрализация в каждой капле щелочи происходит по
реакции: Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl (в данном случае 1 молекула Na2CO3 с 1 молекулой HCl), т.е. с фенолфталеином титруется только половина карбонатов.
При титровании с метиловым оранжевым (изменение окраски раствора от розовой в желтую при pH 3,1 ÷ 4,4) на 1 моль Na2CO3 затрачивается 2 моль HCl по уравнению:
Поэтому, чтобы нейтрализовать карбонаты с индикатором фенолфталеином, раствор кипятят для разрушения остатков NaHCO3.
Библиографический список
1. Горшков В.И., Кузнецов И.А. Основы физической химии. М.: БИНОМ, 2010. – 407 с.
2. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия: Учеб. для хим. спец. вузов. М.: Высш. Шк., 1999. – 527 с.
40