2. Экспериментальная часть

2.1. Приборы и оборудование

Реакционный раствор помещают в специальную ячейку для измерения электропроводности (рис. 1) и измеряют электрическое сопротивление раствора в ходе реакции. Для измерения сопротивления используют автоматический мост (измеритель RCL) Р 5030. Измеритель подключают к сети питания (при этом тумблер «Cеть» выключен). К электрическим клеммам измерителя, обозначенным «I» и «U», подключают кабели так, чтобы оба провода одного зажима были подключены к клеммам «I», второго – к клеммам «U». Зажимы кабеля с помощью дополнительных проводов подключают к электродам ячейки. Включают тумблер «Сеть». Выбирают режим измерения сопротивления прикосновением к сенсорному переключателю «R, Ω». Выбирают частоту измерений прикосновением к сенсорным переключателям «0,1 kHz» или «1 kHz». В ходе работы все измерения производят на одной частоте. Прикосновением к переключателям «Старт» или «Zvar» выбирают режим измерений «единичные измерения» или «слежение» соответственно. (Во избежание нагрева раствора предпочтительно работать в режиме единичных измерений). По окончании измерений прибор выключают с помощью тумблера «Сеть», ячейку отсоединяют от зажимов кабеля.

Рис. 1. Ячейка для измерения электропроводности.

2.2. Проведение экспериментов

1. В ячейку для измерения электропроводности наливают ~30 мл водного раствора гидроксида натрия концентрации 3·10^–3 – 5·10^–3 М. Объём раствора и концентрация NaOH должны быть точно известны. Ячейку помещают в термостат. (Всего проводят три опыта при трёх значениях температуры 25, 35 и 45 °С).

2. Когда ячейка примет температуру термостата, измеряют сопротивление раствора. Полученная величина представляет собой сопротивление реакционного раствора R₀ в начальный момент времени.

3. С помощью дозатора к раствору в ячейке прибавляют 0,1 мл чистого этилацетата и включают секундомер. Раствор аккуратно и быстро перемешивают с помощью электродов. Момент прибавления этилацетата является моментом начала реакции.

4. Измеряют сопротивление реакционного раствора с течением времени. В течение первых пятнадцати минут показания прибора снимают через каждые 20 или 30 секунд, затем через каждые 5 минут.

5. Важно проводить измерения вплоть до полного завершения реакции. По завершении реакции сопротивление реакционного раствора достигает максимального значения, а затем остаётся постоянным или незначительно уменьшается. При температуре 25 °С длительность опыта составляет около 40 мин, при 35 °С – около 15 мин, при 45 °С – около 10 мин. В качестве сопротивления реакционного раствора по завершении реакции R_∞ берут максимальное измеренное значение сопротивления.

3. Запись и обработка экспериментальных результатов

1). По образцу таблицы 1 заполняют три таблицы, соответствующие трём температурам опыта 25, 35, 45 °С. В таблицы записывают экспериментальные значения сопротивления реакционного раствора в различные моменты времени.

Таблица 1. Результаты эксперимента по изучению кинетики щелочного гидролиза этилацетата методом электропроводности.

Номер ячейки: Температура, °С:

Начальная концентрация СН₃СООС₂Н₅ (а), М:

Начальная концентрация NaOH (b), М:

t, мин	R, Ом	х, М	, М–1
0
0,5
…

В таблицы также вносят значения величины х, вычисленные по формуле (10), и . При этом целесообразно использовать электронные таблицы.

Начальную концентрацию этилацетата, а, М, определяют по формуле

,

где ρ_ЭА – плотность этилацетата (0,9 г/см³), V_ЭА – объём этилацетата, мл, M_ЭА – молекулярная масса этилацетата (88 г/моль), V_р-ра – объём реакционного раствора, мл. Например, если V_ЭА = 0,1 мл и V_р-ра = 30 мл, то а = 3,4∙10^–2 М.

2). Определяют константы скорости реакции k. Для каждой из трёх температур строят график зависимость величины от времени реакции. Этот график должен представлять собой прямую линию, угловой коэффициент которой равен k (см. разд. 1.1). Во всех случаях при построении линейных зависимостей рекомендуется использовать метод наименьших квадратов. Примеры реальных зависимостей от t показаны на рис. 2.

Рис. 2. Зависимости величины от времени реакции (♦ – 25 °С, ■ – 35 °С, ▲ – 45 °С).

Некоторые значения величины могут существенно отклоняться от линейной зависимости от времени. (Особенно это относится к моментам времени, близким ко времени завершения реакции). При построении графиков зависимости от t такие точки следует отбросить.

3). Определяют энергию активации реакции. Для этого строят график зависимости логарифма константы скорости реакции ln k от обратной температуры 1/T. Согласно формуле Аррениуса

,

этот график представляет собой прямую линию, угловой коэффициент которой равен –Е_A/R, где Е_A – энергия активации, R – универсальная газовая постоянная.