Работа № 27. Измерение скорости гидратации уксусного ангидрида методом кондуктометрии

Цель работы – использование метода кондуктометрии в кинетических исследованиях. Определение средней константы скорости реакции и её энергии активации.

Гидратация уксусного ангидрида протекает по уравнению

(СH₃СО)₂O + Н₂О →2CH₃COOН.

Эта реакция бимолекулярная, но в разбавленных растворах, когда концентрация воды велика и практически не меняется, она про­текает как реакция первого порядка.

Для измерения скорости этой реакции проводят измерение электропроводности раствора, которая пропорциональна концентрации уксусной кислоты и в ходе реакции значительно возрастает вследствие образования последней.

Измерения электропроводности проводят с помощью реохордного моста или кондуктометра. Правила пользования прилагаются к самим приборам.

Порядок выполнения работы

1. Налить в сосуд для измерения электропроводности 15 мл дис­тиллированной воды и 2-3 мл уксусного ангидрида. Осторожно, не задевая электродов, перемешать содержимое сосуда стеклянной палочкой, закрыть сосуд крышкой и поместить в термостат с задан­ной температурой.

2. Провести измерения либо электрического сопротивления раствора с помощью реохордного моста, либо электропроводности с помощью кондуктометра. Измерения начинать не позднее, чем через 1-1,5 мин. от начала реакции. За начало реакции принять момент смешения ангид­рида с водой. Произвести два-три измерения через 30 с, три-четыре изме­рения через 1 мин., два-три измерения через 5 мин. и два измере­ния через 10 мин. Постоянство сопротивления раствора или электропроводности указывает на конец реакции.

3. Записать результаты измерений в таблицу:

Номер изме­рения

Время от начала реакции τ, мин.

Сопротив­ление раствора Rτ, ом

Константа скорости, k

4. Построить график зависимости = f(τ), откладывая время в минутах на оси абсцисс. Для реакции первого порядка эта зависимость выражается прямой.

5. Рассчитать константу скорости для трех-четырех измерений времени τ при установившемся режиме (в середине процесса) по кинетическому уравнению первого порядка. Учитывая, что увеличение электропроводности во времени про­порционально увеличению концентрации уксусной кислоты, а коли­чество кислоты пропорционально количеству введенного в раствор уксусного ангидрида, можно считать, что наибольшая электропровод­ность, а следовательно и наименьшее сопротивление будет пропор­ционально начальной концентрации уксусного ангидрида. Тогда

,

где R₀ − сопротивление раствора в момент начала реакции; R_τ − сопротивление в момент времени τ от начала реакции; R_∞ − сопротивление, соответствующее последнему измерению.

Величина R₀ экспериментально не определяется, так как от начала реакции до первого измерения проходит некоторое время. Поэтому находят экстраполяцией, продолжив получен­ную прямую на графике до значения τ = 0.

6. Вычислить среднее значение константы скорости.

7. Определить константу скорости по графику как тангенс угла наклона прямой к оси абсцисс.

8. Сравнить константу, найденную графически с вычисленной.

9. Вычислить величину энергии активации данной реакции, зная, что при 0°C k = 0,027.